Kávészünet nanocsövekkel

Villáminterjú Sir Harold Kroto Nobel-díjas vegyésszel



Szeptemberben Budapesten rendezték meg a fiatal tudósok európai versenyét. A rendezvény egyik vendége Sir Harold Kroto volt, aki 1996-ban a fullerének felfedezéséért kapott Nobel-díjat, harmadmagával. Kroto professzor - aki világoszöld ingében és sporttáskájával egyáltalán nem professzoros jelenség - az MTA Kémiai Kutatóközpontjában is tartott előadást. Itt nemcsak a kutatásaik középpontjában álló szén nanocsövekről és a molibdént, volfrámot tartalmazó új szerkezetekről beszélt, hanem a Vega Tudományos Alapítványról is, amelyet részben ő hívott életre a tudomány népszerűsítése érdekében. A Vega honlapjáról (www.vega.org.uk) számos interjú, előadás tölthető le. Harry Kroto különösen Richard Feynman előadását ajánlotta a hallgatóság figyelmébe. A tudományos gondolkozást azonban az "alapoknál" kell kezdeni: hamarosan David Beckhammel forgat filmet, amelyben nem a futballista, hanem a matematika lesz a főszereplő.

A rendkívül fáradt tudóssal az előadás után beszélgettünk.
 

- A nanotechnológia vezérelve, hogy atomonként építse fel a szerkezeteket. Mit rakna össze elsőként, ha tudná az "algoritmust"?

- Egy nanocsövet. Ma még nem tudjuk úgy irányítani a folyamatokat, hogy a kívánságunk szerint csavarodó - megfelelő helicitású - csövet alakítsuk ki. Ha rájönnénk, hogyan kell atomonként felépíteni a nanocsöveket, forradalmasítanánk az "anyagmérnökséget", az anyagok előállításának technikáját.

- Ma már nemcsak egyenes, spirális, hanem Y alakú csöveket is készítenek.

- Inkább csak rájuk találnak. De ahhoz, hogy kiaknázzuk a nanocsövekben rejlő lehetőségeket, kilogrammokra vagy tonnákra van szükségünk. Most még csak keresgélünk, mintha köveket gyűjtenénk a tengerparton.

- Elő tudnak azonban idézni olyan körülményeket, amelyek kedveznek a nanocsövek képződésének.

- Igen, de nem egyet kell növesztenünk, hanem, mondjuk, 1014 csőből álló kötegekre lenne szükség, ahol minden csőnek azonos az átmérője, a helicitása; tehát mindegyik pontosan egyforma, és méteres hosszúságú. Egyelőre csak mikronos nanocsövek vannak, nem egyforma az átmérőjük, és egy köteg tíz vagy száz darabból áll.

Ez azonban nem az én területem. Én a C60-molekulát fedeztem fel, véletlenül, s a fullerének nagy változást idéztek elő az anyagtudományban. Ha a jövőről kérdeznek, olyan, mintha Galilei idejében azt firtatták volna, hogyan jutunk a Holdra. Több száz évnek kellett eltelnie, mire legyártották hozzá a járművet. Ugyanez a helyzet a nanocsövekkel. Lehet, hogy száz év is eltelik az ipari előállításukig vagy az elterjedésükig.

- Ennek ellenére bizonyára van véleménye a lehetséges stratégiákról. Néhány kutató úgy gondolja, hogy a természetet célszerű utánoznunk. Az ATP-szintáz például molekuláris motorként viselkedik.

- A molekuláris biológia nem ajándékoz meg bennünket grafittal.

- Nemcsak a grafitról van szó; előadásában említette a volfrámot, a molibdént, a síklapba rendeződő anyagokat.

- Ezeket az anyagokat magas hőmérsékleten állítjuk elő, sokkal magasabb hőmérsékleten, mint amilyenen a biológiai folyamatok zajlanak.

Nem a jóslás a mesterségem. Persze, javaslatokat kell tennem, de csak a saját kutatási területemen. Például gondolkoznunk kell a lehetséges alkalmazásokon. Most azonban a nanocsövek előállításának első lépéseinél tartunk. Ha pedig új jelenségeket találunk, megpróbáljuk megérteni, hogyan működik a természet.


Egy spirális nanocső modellje
(www.sussex.ac.uk/Users/kroto/FullereneCentre/gallery/main.html)


- A fizikában a makroszkopikus tulajdonságokat értelmező termodinamika és a kvantummechnika között a statisztikus mechanika teremthet kapcsolatot. Úgy tűnik, a kémiában nincs ilyen híd. A szerves vegyész mást gondol a kettős kötésről, mint a kvantumkémikus. A nanorészecskék túl kicsik ahhoz, hogy szilárd testekként kezeljék őket, de túl nagyok lehetnek az atomos leíráshoz.

- Úgy látom, hogy nem a vegyészek, hanem inkább a mérnökök és a vegyészek között lehet szükség hídra. A vegyész molekuláris szinten gondolkozik, a mérnök a makroszkopikus szintű viselkedéssel foglalkozik.

- Ön rengeteg energiát fektet a tudomány népszerűsítésébe. Milyen "hajtóerő" készteti erre?

- Fogalmam sincs. Egyszerűen úgy érzem, ezt kell csinálnom. Fontosnak tartom, hogy a nagy tudósokkal interjút készítsünk, és megörökítsük őket. Ha hallok egy jó előadást, úgy gondolom, fel kell tenni az internetre.

Nem is annyira a tudomány népszerűsítése, mint inkább az ismeretterjesztés hatékony módjainak felkutatása érdekel. Egyáltalán nincs küldetéstudatom, a kísérletezés sokkal jobban izgat. Minden évben kitalálok valamilyen tv-programot, próbálkozom az internet lehetőségeinek kiaknázásával. Talán képes vagyok arra, hogy valamit jobban csináljak, mint mások. A Nobel-díj kötelez, és a díjazottak többsége már öreg.

Persze, mindez nagyon fárasztó. Örömmel beszélgettem a diákokkal, akiknek a kedvéért idejöttem, de tegnap három géppel repültem, elvesztek a bőröndjeim, felhalmozódnak az e-mailjeim. Sokszor szívesebben rajzolnék, ehhez értek a legjobban.*

- A tudomány időnként mutatós képződményeket - például fulleréneket, fraktálokat - produkál, de talán azt is kijelenthetjük, hogy egyre nagyobb szerepet kap a vizualitás. Megváltoztatja-e ez a látásmódunkat?

- Föltétlenül. Meg vagyok lepve, hogy a molekulamodellek mennyire felkeltik a gyerekek érdeklődését a kémia iránt.

A modellezés és a képfeldolgozás rendkívüli változást indított el például a molekuláris biológiában. De még nem járunk az út végén: nagy áttörésre számítok. Olyan képalkotásra, amely a mostaninál jobban érzékelteti a molekuláris folyamatokat.
 
 
 

Az interjút készítette: NYIKOS LAJOS, SILBERER VERA

 

*H. Kroto néhány grafikája a www.kroto.info címen látható.
 
 

Rengeteg hely van lent

Az az elgondolás, hogy atmonként építsünk fel molekulákat, szerkezeteket, Richard Feynmantól származik. Híressé vált előadását (There's Plenty of Room at the Bottom) 1959 telén tartotta meg az Amerikai Fizikai Társaság konferenciáján. Ebből idézünk egy részletet.

Amikor az igazán kis méretek - mondjuk, a hétatomos áramkörök - világába érünk, sok újdonság merül fel, ami új lehetőségeket kínál a tervezésre. Ebben a mérettartományban az atomok viselkedése egészen más, mint a nagy méretekében, mert a kvantummechanika törvényeinek engedelmeskedik. Ha tehát "lefelé" haladunk, és az atomokkal bíbelődünk, más törvényekkel dolgozunk, s a megszokottól eltérő dolgokra számíthatunk. Másképp állíthatjuk elő a szerkezeteket. Nemcsak áramköröket használhatunk, hanem kiaknázhatjuk, hogy egy rendszerben az energiaszintek kvantáltak vagy a kvantált spinek kölcsönhatásba lépnek stb.

Ha elég mélyre jutunk, azt is felfedezzük, hogy tömegtermeléssel gyártott szerkezeteink egymás tökéletes hasonmásai. Nem tudunk két olyan nagy gépet készíteni, amelyiknek minden mérete pontosan megegyezik. De ha a gépünk 100 atom magas, csak fél százalék pontosan kell dolgoznunk ahhoz, hogy a másik ugyanilyen, vagyis 100 atom magas legyen!

Az atomi szinten újfajta erők, újfajta lehetőségek és újfajta hatások lépnek fel. Egészen más problémákat kell megoldanunk a gyártáskor és az anyagok újratermelésekor. Már említettem, hogy inspirálónak tartom a biológiai jelenségeket, ahol a kémiai erők ismétlődő felhasználásával mindenféle fura eredmény jön létre (ezek egyike a szerző).

A fizika elvei, véleményem szerint, nem mondanak ellent annak, hogy valamit atomonként építsünk fel. Ezzel a próbálkozással semmilyen törvényt nem sértünk meg; elvben ezt meg is tehetjük, de a gyakorlatban nem került rá sor, mert túl nagyok vagyunk. 

Végső soron kémiai szintézist is végrehajthatunk. Egy vegyész például odajöhet hozzánk azzal, hogy "szükségem van egy molekulákulára, amelyikben az atomok így meg így állnak; készítsétek el nekem ezt a molekulát". A vegyész rejtélyes dolgot művel, amikor molekulát szintetizál. Látja, hogy van benne egy gyűrű, ezért mindenfélét összekever, rázogatja az anyagait, vacakol velük. És egy bonyolult folyamat végén általában megszületik, amit kíván. Mire én munkára fogom a berendezéseimet, hogy fizikai módszerekkel járjunk el, addigra ő már mindenről kitalálja, hogyan állítsa elő, így a mi munkánk szükségtelenné válik.

De elvben (úgy gondolom) egy fizikus minden olyan anyagot szintetizálhat, amit a vegyész szeretne. Adja le a rendelést, és a fizikus megcsinálja. Hogyan? Odateszi az atomokat, ahová a vegyész akarja. A kémiai és a biológiai feladatok megoldásában sokat segíthetnénk, ha végre látnánk, amit csinálunk, és magukat az atomokat mozgathatnánk. Úgy gondolom, ezt a fejlesztési munkát nem spórolhatjuk meg.

Most azt kérdezhetik: "Ki csinálja ezt meg és minek?" Néhány gazdasági szempontra már felhívtam a figyelmet, de lehet, hogy minderre csak kedvtelésből van szükség. Akkor hát szórakozzunk! Versengjenek a laboratóriumok! Készítsen az egyik egy apró motort, küldje el egy másik labornak, az pedig küldje vissza valamivel, ami beleillik a motor tengelyébe.

Természet Világa, 134. évfolyam, 12. szám, 2003. december
http://www.chemonet.hu/TermVil/ 
http://www.kfki.hu/chemonet/TermVil/