Különös házasság: Dóra Balázs és a grafén kapcsolatából Bolyai-ösztöndíj született

Dóra Balázs, a BME TTK Fizika Tanszékének egyetemi docense grafénnel végzett kutatásaiért részesült immár második alkalommal Bolyai-ösztöndíjban.

A fiatal fizikust a 2009-2012 közötti periódusban díjazták első ízben, idén pedig az újabb elismerés mellett, az MTA díjkiosztó ünnepségén neki jutott az a megtisztelő feladat, hogy a Bolyai-ösztöndíjasok közül kiválasztott három előadás egyikét megtartsa, hiszen már több alkalommal bizonyította, hogy szélesebb hallgatóság számára is érdekesen, nem fizikusok számára is érthetően tud mesélni tudományos kutatási területéről, a grafénről.

A fiatal kutató Drezdában tevékenykedett, amikor is egyik kollégájával karöltve a grafénre esett választása. A kutatást kezdetben nem hajtotta mély érdeklődés, mozgatórugóját kizárólag az adta, hogy várhatóan a grafénnel kapcsolatos kutatások komoly cikkeket, érdekes eredményeket fognak a jövőben produkálni. A választás azonban őket igazolta. Az első grafénről szóló publikáció ugyanis 2004-ben jelent meg, és a tudományos életben egyedülálló módon, alig hat évvel később két grafénkutató, André Geim és Konsztantyin Szergejevics Novoszjolov már fizikai Nobel-díjat kapott ez irányú munkásságáért. A fiatal kutató hasonlata szerint, akár a könnyűzene vagy a divat egy új felfedezettje, a grafén is reformernek bizonyult. A tudományos gondolkodás és közélet átformálását hozta magával, egyre divatosabb témává nőtte ki magát. Dóra Balázs és a grafén kapcsolata úgy fejlődött, akár egy érdekből kötött házasság: egyre jobban összecsiszolódtak, míg végül a kutató valóban megszerette választott tárgyát.

A grafén egy szénatomokból álló, kétdimenziós hatszögrács, amelynek különlegessége, hogy szabad elektronjai a hatszögrács élei mentén úgy mozognak, mint egy relativisztikus, közel fénysebességgel mozgó részecske, ezáltal két dimenzióban viselkednek úgy, mint a háromdimenziós, relativisztikus kvantummechanikának engedelmeskedő részecskék. Bár kezdetben nemigen hittek a létezésében, ma már számtalan területen használják, így például metrológiai alkalmazások, processzorok, mobilkészülékek és más elektronikai eszközök esetében is. A grafén keményebb, mint a gyémánt, rugalmasabb, mint a gumi, és jobb elektromos vezető, mint a réz. Ez utóbbi Dóra Balázs kutatásait tekintve a grafén legfontosabb tulajdonsága. Eredményei közül a nem-egyensúlyi dinamika területén végzett számolásait említette, amelyekben a Schwinger-féle párkeltés (a háromdimenziós, véges tömeggel rendelkező relativisztikus részecskék gyorsításával elektron-pozitron párok jönnek létre a Dirac vákuumból) analógiáját felhasználva sikerült egy nem-lineáris Ohm-törvényt levezetnie. A grafénnel – éppen azért, mert töltéshordozóinak viselkedése relativisztikus részecskékhez hasonlítható, azok sebessége azonban a fénysebesség háromszázad része – a valódi, háromdimenziós relativisztikus részecskékkel nehezen megvalósítható kísérletek is kivitelezhetővé váltak.

A grafénnel kapcsolatos szabadalmak száma 2012-ig elérte a hét és fél ezret, ipari alkalmazása felbecsülhetetlen méreteket ölt. Dóra Balázs ismét egy szemléletes hasonlattal élve magyarázta el, hogy az elektronikai eszközök piacán mind a grafén, mind pedig a szilícium alapú félvezető eszközöknek is létjogosultsága van, a kettő, akár a légi- és szárazföldi közlekedés, párhuzamosan él egymás mellett: míg az egyik gyors és drága, a másik lassú, de olcsó. A grafén a gyémántnál is drágább volt, ma már azonban csökkent az ára, de valószínűleg továbbra is olyan eszközök gyártásánál fogják alkalmazni, ahol nem a költséghatékonyság, hanem a gyorsaság szempontja számít. Legfőbb vonzereje emellett kétdimenzionalitása, amelyet például az érintőképernyőknél használnak, de alkalmas lehet a DNS-szekvenciájának feldolgozására is, ami a ma használatos eszközökkel több hetet vesz igénybe. Grafén alapú eszközökkel viszont ez az idő néhány órára szűkíthető.

Dóra Balázs a Bolyai-ösztöndíjat elsősorban a fizikusi és a tudományos közösség elismeréseként könyveli el, de természetesen a díj pénzügyi vonzata sem elhanyagolható számára. Karrierjének alakulása szempontjából két professzorát emelte ki a kutató: Virosztek Attilát, akinél PhD-dolgozatát írta, illetve Simon Ferencet, akivel grafénről szóló cikkeket publikált (Virosztek Attila és Simon Ferenc a BME TTK Fizika Tanszékének egyetemi tanárai – a szerk.). Az utódlással kapcsolatosan két kiváló képességű hallgatóval dolgozik jelenleg: egy PhD-hallgatóval, aki a nem-egyensúlyi kvantum rendszerek területén végez kutatásokat, illetve egy BSc-s diákkal, aki az idei OTDK-n ért el kimagasló eredményt.

Több fiatal oktatására nemigen marad ideje. Úgy tartja, hogy a diákokkal való felelősségteljes foglalatoskodás idő- és energiaigényes, de szüksége van egy minimális oktatási leterheltségre, hiszen ez adja a napi rendszerességet. Virosztek Attila hallgatójaként azt tapasztalta, hogy a professzor mindig fogadta őt tudományos eszmecserére, és kutatási területén is teljes szabadságot biztosított számára. Ha valaki önálló kutató akar lenni, akkor meg kell tanulnia saját kútfőből is megoldania a kutatások során jelentkező problémákat – Dóra Balázs is ezt a hozzáállást alkalmazza diákjainál.

Jövőképét illetően a további kutatások mellett természetesen az MTA doktori cím, illetve a habilitáció a kitűzött cél, hiszen Magyarországon ezek a címek a tudományos pályán maradás elengedhetetlen feltételei. Hazánkban a kutatók gyakran anyagi és egyéb gondokkal küzdenek, mégis kísérleti és elméleti cikkeik hasonló fogadtatásban részesülnek, mint a vezető kutatóországok tudósainak eredményei. Itthon az ELTE-n, illetve az MTA Műszaki Fizikai és Anyagtudományi Intézetének (MFA) keretein belül működik grafénnel kísérletező kutatócsoport, amellyel folyamatos kapcsolatot ápol Dóra Balázs. A grafénnel végzett alapkutatások elemibb kérdéseit már megválaszolták a tudósok, de nyilvánvalóan lehet még finomítani a részleteken: léteznek ma már egyéb, pszeudorelativisztikus részecskéket (látszólag relativisztikus részecskék, a viselkedésüket leíró törvények azonban nem a relativitáselméletből származnak, így nem is fénysebességhez közeli a sebességük) tartalmazó rendszerek is, mint például a topológikus szigetelők (belsejükben szigetelő, felületükön fémes anyagok). Dóra Balázs is végez ilyen irányú kutatásokat, jelenleg a kvantum szimulátorokként is emlegetett, csapdázott hideg-atomi rendszerekkel, és mesterséges anyagok tulajdonságainak vizsgálatával foglalkozik.

K.P.

Fotó: Pintér Erik