نوبل فیزیک 2010 برای کشف کامل‌ترین ماده روی زمین

رافن، ماده‌ای جدید با کامل‌ترین ساختار بلوری است که دریچه تازه‌ای را در نانوتکنولوژی گشورده است.

آکادمی سلطنتی علوم سوئد، تصمیم گرفت جایزه نوبل فیزیک امسال را به اندره گیم و کنستانتین نووسلوف، هر دو از دانشگاه منچستر انگلستان برای آزمایش‌هایی که بر روی ماده دوبعدی گرافن داشتند، اهدا نماید. اما گرافن چیست و چرا به این اندازه اهمیت دارد؟

کامل‌ترین شبکه اتمی

یک ورقه نازک از کربن معمولی،‌ آن‌هم با ضخامت تنها یک اتم، برنده جایزه نوبل فیزیک امسال را تعیین کرد. اندره گیم و کنستانتین نووسلوف نشان دادند که کربن در این شکل مسطح خاص، ویژگی‌های بسیار متفاوتی دارد که ریشه در دنیای فیزیک کوانتومی دارند.

گرافن در حقیقت همان کربن است، اما به عنوان یک ماده، کاملا جدید است و هم لقب نازک‌ترین و هم لقب قوی‌ترین ماده را از آن خود ساخته است. وقتی پای رسانایی جریان الکتریکی در میان باشد، به اندازه مس رسانا است. اما در رسانایی گرما تمام مواد وجود دیگر را پشت سر می‌گذارد و بالاترین عملکرد را به خود اختصاص می‌دهد.

گرافن تقریبا کاملا شفاف است. با این حال هنوز به اندازه‌ای تراکم دارد که حتی هلیوم که دارای کوچک‌ترین مولکول‌های گازی است، نمی‌تواند از آن عبور کند. با این که تقریبا هر آن‌چه روی زمین مربوط به حیات است و ما می‌شناسیم از کربن منشا گرفته، اما کربن با این شکل جدید خود همه را شگفت‌زده کرده است.

گیم و نووسلوف، گرافن را از یک تکه گرافیت معمولی، مثل همان ماده‌ای که در همه مدادهای معمولی یافت می‌شود،‌ به دست آوردند. آن‌ها با یک نوار چسب معمولی سعی کردند لایه‌ای از کربن را با ضخامت تنها یک اتم به دست بیاورند. در آن زمان بسیاری باور داشتند که این کار غیرممکن است، چراکه تصور می‌کردند ماده‌ای کریستالی با این ضخامت کم نمی‌تواند پایدار باشد.

اما امروز فیزیکدانان می‌توانند با استفاده از گرافن، طبقه تازه‌ای از مواد 2بعدی را که دارای ویژگی‌های خاص خود هستند، مطالعه کنند. گرافن مطالعاتی را ممکن کرده که پیچیدگی‌های تازه‌ای را در دنیای پدیده‌های فیزیک کوانتوم پدیدار می‌کنند. همچنین کاربردهای عملی تازه‌ و بسیار متنوعی بعد از کشف گرافن به راه افتاده، مانند ساخت مواد جدید و تولید ابزار الکترونیکی کاملا نو و ابتکاری. پیش‌بینی می‌شود که ترانزیستورهای گرافنی بسیار سریع‌تر از ترانزیستورهای سیلیکونی عمل کنند و این یعنی ظهور رایانه‌هایی با کارامدی بسیار بالاتر.

از آن‌جایی که گرافن واقعا شفاف است و رسانایی خوبی هم دارد، می‌تواند برای ساخت نمایشگرهای لمسی شفاف، صفحه‌های نوری و شاید حتی صفحه‌های خورشیدی به کار آید.

وقتی گرافن با پلاستیک ترکیب شود، می‌تواند آن‌ را به رسانای الکتریکی تبدیل کند و در حالی که مقاومتش در برابر گرما بالاتر می‌رود، از نظر مکانیکی قوی‌تر هم شود. از این مقاومت می‌توان در مواد جدید فوق قوی استفاده کرد که هم ظریف هستند و هم الاستیک؛ هم انعطاف‌پذیرند و هم از سبکی فوق‌العاده‌ای بهره می برند. در آینده، ماهواره‌ها، هواپیماها و خودروها را می‌توان از این مواد ترکیبی جدید ساخت.

آشنایی با برندگان

برندگان جایزه نوبل فیزیک امسال برای مدت‌های طولانی روی این پروژه مطالعه و کار کرده‌اند. کنستانتین نووسلوف 36 ساله در ابتدا کار خود را با اندره گیم 51 ساله به عنوان دانشجوی دکتری در هلند آغاز کرد. سپس وی به همراه گیم به انگلستان رفت. هر دوی آن‌ها در اصل کار خود را در روسیه آغاز کرده بودند و حالا هر دو در دانشگاه منچستر استاد هستند.

اندره گیم

متولد سال 1958 در سوشی روسیه. دارنده مدرک دکتری از موسسه فیزیک حالت جامد، آکادمی علوم روسیه،‌ چرنوگولوکا، روسیه، سال 1987. مدیر مرکز مزوساینس و نانوتکنولوژی منچستر. استاد فیزیک و پروفسور تحقیقاتی سال 2010 جامعه سلطنتی،‌ دانشگاه منچستر، ‌انگلستان.

کنستانتین نووسلوف

متولد سال 1974 در نیژنی‌تاجیل، روسیه. دارنده مدرک دکتری از دانشگاه رادبوند نیجمگان در هلند به سال 2004. استادیار و دستیار پژوهشی جامعه سلطنتی، دانشگاه منچستر، ‌انگلستان.

مبلغ جایزه نوبل، 10 میلیون کرون سوئد معادل 1.4 میلیون دلار است که بین این دو تقسیم خواهد شد. مراسم اهدای جوایز به زودی اعلام خواهد شد