2013. november 5.TÖK előadás, Dobó István Gimnázium, Eger Ha most kezdeném… Gyulai József akadémikus Professor emeritus, MTA Természettudományi Kutatóközpont,

Az előadások a következő témára: "2013. november 5.TÖK előadás, Dobó István Gimnázium, Eger Ha most kezdeném… Gyulai József akadémikus Professor emeritus, MTA Természettudományi Kutatóközpont,"— Előadás másolata:

1 2013. november 5.TÖK előadás, Dobó István Gimnázium, Eger Ha most kezdeném… Gyulai József akadémikus Professor emeritus, MTA Természettudományi Kutatóközpont, Műszaki Fizikai és Anyagtudományi Intézet Honlap: www.mfa.kfki.hu/~gyulai Letölthető anyagok: www.mfa.kfki.hu/~gyulai/_/

2 2013. november 5.TÖK előadás, Dobó István Gimnázium, Eger Koraérett, többnyelvű, minden lében kanál gyerek voltam... Egyjegyű életkoromban már sok technikai játékom volt, 12-13 évesen volt pár „találmányom” – lőpormotor, golyóstoll megjavítása, vásárhelyi villamos, cukorkaautomata... Később zeneszerzést tanultam, bár az osztályfőnököm mindent megtett, hogy inkább fizikus legyek... Érettségi utáni őszön váltottam a Zeneakadémiára, ami tanári presztízs okok miatt botrányba fulladt Nem vártam meg a fegyelmit: október végén felvételiztem TTK-ra Szegeden, sikerült bizonyítanom, hogy januárban minden vizsgát le tudok tenni, november közepén elkezdtem az egyetemet A most megszólaló zenét éppen befejeztem, amikor az egész más életem kezdődött…

3 2013. november 5.TÖK előadás, Dobó István Gimnázium, Eger Aztán… Végzéskor, 1955-ben – nem kapta meg a szegedi professzorom a nekem szánt állást, „Alma mater”-be kerültem tanárnak Ott, az osztályom három legjobbjának megtanítottam az elsőéves egyetemi matematika anyagot, a felvételin brillíroztak, az egyikük (Móritz Ferenc) előbb lett a tudomány doktora, mint én. 1956. november 4-én komponáltam egy gyászindulót, amelyet az utóbbi években minden évben eljátszanak a vásárhelyi gyászünnepségen... Az 56-os forradalom után sikerült eltűnnöm, megmenekülnöm – bekerültem a szegedi egyetemre.

4 2013. november 5.TÖK előadás, Dobó István Gimnázium, Eger Mára mi maradt? Csapatalapítások itthon: Szegeden, majd a KFKI-ban, a BME-n, a Bay Zoltán Intézetben, Az életem jó felében nagyszerű egyetemeken dolgozhattam: a Caltech-en, a Cornell Egyetemen (USA), az Integrált Áramkörök Fraunhofer-Intézetében (Erlangen, NSzK), rövidebbek a Paris VII, az Osaka-i egyetemen… Mára nem tudom, mi is a szaktudásom: valahol a fizikus-vegyész- villamosmérnök között lebeg. Kialakult az a Credo-m, hitvallásom a tudományról, amiről szólok pár szót. Az életemről szóló riportkönyv megtalálható a Magyar Elektronikus Könyvtárban: http://mek.oszk.hu/11600/11676/, riport a Természet Világa októberi számában...

5 2013. november 5.TÖK előadás, Dobó István Gimnázium, Eger Operating Manual for Spaceship Earth - Buckminster Fuller (1969) Biosphere, Montreal, 1967

6 2013. november 5.TÖK előadás, Dobó István Gimnázium, Eger Operating Manual for Spaceship Earth - Buckminster Fuller (1969) "One outstandingly important fact regarding Spaceship Earth, and that is that no instruction book came with it…" …, hogy nem kaptunk hozzá Használati utasítást…

7 2013. november 5.TÖK előadás, Dobó István Gimnázium, Eger A mai tudománynak egyetlen missziója van és két súlypontja lehet – ez megfelel az ön- és fajfenntartás ösztönének is: 1. megkeresni annak a módozatait, hogy élhet-e, ill. hogyan 7-10 G ember a Földön – úgy is, hogy a többi élőlény is megmaradjon?… 2.emellett az egyén élettartam-növelése domináns érdeklődést vonz – innen a biotudományok súlya, érdekessége, 3. amelynek az eredményei hatással vannak az első súlypontra is. Lesz-e megoldás és képes lesz-e a társadalom azt az életforma receptet idejében magáévá tenni, nem tudom! Én az „elviselhetővé” tételt a humanióráktól, ill. kiknek- kiknek a vallástól remélem … Az alapkérdés

8 2013. november 5.TÖK előadás, Dobó István Gimnázium, Eger A ‘Spaceship Earth’ mély értelmű: a kékesszürke Föld termikus egyensúlyban lebeg az Űrben. Ekkor az érkező és az űrbe kisugárzott hőmennyiség azonos (+ a radioaktivitásból származik néhány %-nyi geotermikus hő) A Föld „napmotor” – „Solar engine” a Római Klub analízise a hetvenes évekből: ha az érkező napenergia 5 tízezredét (!) többletként felszabadítjuk – bármilyen tiszta módon – a földi átlaghőmérséklet kb. egy fokkal megemelkedik! Ezt szokta a napenergia lobbi úgy mondani, hogy pár óra alatt megérkezik a Földre az emberiség teljes éves energiaszükségletét kitevő napenergia. Az emberiség fejlett fele kb. ennyit szabadít fel a saját szállásterületén Legkevésbé tolja el az egyensúlyt, ha „valós idejű” módon használjuk a napenergiát Elég-e ez?

9 2013. november 5.TÖK előadás, Dobó István Gimnázium, Eger Kritikus műszaki tudományok: energetika, anyagtudomány és számítástudomány, -technika (logisztika) infrastruktúra: víz, közlekedés, meteo, stb. Új ipari forradalom kell, ami nem "csak" anyag- és energia-takarékos, hanem "reciklizáló" A reciklizálás pozitív hatású az ökológiai lábnyom nagyságára is: csak az anyagok egymásba alakításának energia-igényével terhelik a Földet. Globális keret: tudomány és túlélés

10 2013. november 5.TÖK előadás, Dobó István Gimnázium, Eger Az anyagtudomány Az alaptudományok (pl. szilárdtestfizika, kémia) jelenségorientált kutatásainak eredményeit, a felismert "törvényeket" mint "szerszámokat" alkalmazza, hogy (lehetőleg előre tervezett) funkciójú anyag-szerkezeteket megvalósítson Metodikai, filozófiai egység – akár a bioanyagokig Határos és részben átfed az „önszerveződés”-sel (laissez-passer) A "technológia" e "szerszámok" működési tartományát (idő, hőmérséklet, nyomás, stb…) rögzíti, a reprodukálhatóság érdekében

11 2013. november 5.TÖK előadás, Dobó István Gimnázium, Eger Frontvonalak

12 2013. november 5.TÖK előadás, Dobó István Gimnázium, Eger Ipari trendek az anyagok világában

13 2013. november 5.TÖK előadás, Dobó István Gimnázium, Eger A mai technológiai "forradalmak" Távközlés ~ „mobil” az érzékelők/beavatkozók ~ a reciklizáció eszközei a világítás ~ energiatakarékosság a közlekedés ~ „oda is érek... nem csak én” automatizálás, általában „you just can’t play golf the whole day” az élelmezés ~ 7-10 G ember mesterséges érzékszervek – érzékelők a bio- és orvostudomány nanotudomány, -technológia

14 2013. november 5.TÖK előadás, Dobó István Gimnázium, Eger Európai prioritások Personalising health and care Sustainable food security Blue growth: unlocking the potential of the oceans Smart cities and communities Competitive low-carbon energy Energy Efficiency Mobility for growth Waste: a resource to recycle, reuse and recover raw materials Water innovation: boosting its value for Europe Overcoming the crisis: new ideas, strategies and governance Disaster-resilience: safeguarding and securing society, including adapting to climate change Digital security

15 2013. november 5.TÖK előadás, Dobó István Gimnázium, Eger Európai prioritások Személyre szóló egészséggondozás Fenntartható élelmiszer-biztonság „Kék” növekedés, az óceánok lehetőségeinek kutatása Intelligens városok, közösségek Versenyképes alacsony-szén energetika Energia hatékonyság Mobilitás a növekedésért Szemét: az újrafelhasználás forrása, nyersanyagok visszanyerése A víz „innováció”: az értékének hangsúlya Európa számára Kríziskezelés: új eszközök, ötletek, irányítás Katasztrófa-kezelés: védett és biztonságos társadalom A klímaváltozás hatását is beleértve Digitális biztonság

16 2013. november 5.TÖK előadás, Dobó István Gimnázium, Eger A hat kulcstechnológia (key enabling technologies, KET) közvetlen támogatása –nanotechnology, –micro- and nanoelectronics including –semiconductors, –advanced materials, –biotechnology and –photonics 3 kulcstechnológiát (mikro- és nanoelektronika, fotonika és biotechnológia) közvetetten is támogatják NMP Program jellemzői 2013

17 2013. november 5.TÖK előadás, Dobó István Gimnázium, Eger Tudós-típusok: a tehetséges, a szorgalmas, a szerencsés Bármelyik tulajdonság-pár elvezethet a szakmai sikerhez és mindegyiknek van megtanulható, megtanulandó eleme isBármelyik tulajdonság-pár elvezethet a szakmai sikerhez és mindegyiknek van megtanulható, megtanulandó eleme is Tehetségpótlás:Tehetségpótlás: –Vizsgálj meg minden eredményt, magyarázatot a fonákjáról is, akadhatsz nem-konvenciális gyöngyszemre, de nehéz sorod lesz. –Ebédelj együtt a versenytársaiddal – adj, hogy kapj információt –Figyelj a véletlenekre… Szorgalompótlás:Szorgalompótlás: –Beszélgess, figyelj a konferenciákon –Légy vonzó a szorgalmas, modernebb tudású diákjaid számára –Te írd meg a szakmád monográfiáját (jó társszerzőkkel?) –Legyen egy saját adatbázisod, amit én Memolyuk-nak nevezek SzerencsepótlásSzerencsepótlás –Tanuld meg a neveket, a partnereid házastársaiét, gyermekeiét különösen – legyen ezekről évek múlva is előhúzható jegyzeted –Építsd a kapcsolatokat – főleg azok emberi, erkölcsi oldalát –Nehogy anyagiasnak tűnj! –Légy figyelmes, udvarias, de semmiképpen se édeskés, hajbókoló

18 2013. november 5.TÖK előadás, Dobó István Gimnázium, Eger Tanulságok Nyelvek aktív ismerete – természettudományban ma az angolé Tisztesség Profizmus – mélyen foglalkozni a feladatokkal –Szuperszonikus utasszállító Vállalkozókedv –Jedlik és Siemens?

19 2013. november 5.TÖK előadás, Dobó István Gimnázium, Eger Ha van még időm, a mai kutatásainkról A félvezetők fejlődése tette lehetővé a teljes modern ipar kialakulását Ez eredményezte ui. az automatizálás kialakulását Ez a fejlődés páratlan a történelemben: hatványfüggvény szerint fejlődött, fejlődik

20 2013. november 5.TÖK előadás, Dobó István Gimnázium, Eger A ”Moore törvény” (ejtsd: Mór) A Fairchildból kivált Intel kezdeti sikerének „titka”: az anyacégnél kidolgozott technológiai higiéne. Ezzel elsőként tudtak –egyetlen chipen külső feszültség nélkül nyitott (növekményes), ill. zárt (kiürítéses) tranzisztorpárt gyártani kétévente kétszer annyi elem egyetlen chipen „Talán a hetvenes évek végéig sikerül…” – mondta, írta Gordon Moore (Fig.2., Electronics, 38(8), apr.19,1965) Generikus törvény született, ami – szerintem – inkább üzleti, semmint technológiai! International Technology Roadmap for Semiconductors, ITRS: http://public.itrs.net/ négy- évenkénti tanulmány, kétévenként korrekció

21 2013. november 5.TÖK előadás, Dobó István Gimnázium, Eger Színkód

22 2013. november 5.TÖK előadás, Dobó István Gimnázium, Eger A „nehéz technológiai feladatok”, 2011. A fehér: az ipar tudja, sárga: kell némi fejlesztés, piros: „red brick wall”, „no known solution” – eddig megoldódott... (PROCESS INTEGRATION, DEVICES, AND STRUCTURES

23 2013. november 5.TÖK előadás, Dobó István Gimnázium, Eger Kezdjük az elektronikával: a Moore ”törvény” A mai csúcs az Intelnél – kisebb, mint egy vírus! Az arányos kicsinyítés működik 2020-ig… A szilíciumon ül egy átok: Nem lehet belőle lézert készíteni De igyexik a szakma… http://public.itrs.net/

24 2013. november 5.TÖK előadás, Dobó István Gimnázium, Eger Ilyen munkahelyre is csábítok? MFA Infineon

25 2013. november 5.TÖK előadás, Dobó István Gimnázium, Eger A mikroelektronika-közeli Nobel díjak J. Bardeen, W.H. Brattain, W. Shockley, tranzisztor (1956) L. Esaki, I. Giaever, B.D. Josephson, alagúthatás alkalmazásai (1973) K. von Klitzing, kvantum Hall-effektus is tranzisztor (1985) E. Ruska elektronmikroszkóp, G. Binnig, H. Rohrer alagútmikroszkóp (1986) Z.I. Alferov, félvezető lézer, H. Kroemer, UHF tranzisztor, optika, J. S. Kilby, Integrált áramkör (2000) W.S. Boyle és G.E. Smith, CCD szerkezet, optika, (Charles K. Kao, optikai szál) A. Geim és K. Novoselov a grafénen, mint kétdimenziós anyagon végzett alapvető kísérletekért Geim 2000-ben megkapta az IgNobel díjat is IgNobel – paródia - „first make people laugh, then make them think”: diamagnetic levitation 1T- 10T elegendő az élő szervezetek levitációjának előidézéséhez

26 2013. november 5.TÖK előadás, Dobó István Gimnázium, Eger A nanotudomány – szerintem Kolliodikusok: „mi mindig is nano-t csináltunk…” Majdnem igaz: a reaktorban ui. csak a nano-molekulákat eredményező reakció volt fontos – a helye, azaz a termékmolekula „címezhetősége” nem, pedig csak így igazi nano… Kémiai-orvosi: önszerveződés, a kémiai kötőerők és a termikus mozgás mérkőzése, ennek határai adják a végső teljesítményt, a megbízhatóságot. Fizikai-mérnöki: hozzájön még pl. az atomi, ionos, elektronos megmunkálás, az önszerveződés tökéletessége (címezhetőség), de a perspektíva a kvantumfizikába való metamorfózis, entanglement Kombinálható még a mikrotechnológiával

27 2013. november 5.TÖK előadás, Dobó István Gimnázium, Eger A kvantumkomputer A „qubit” kvantummechanikai fogalom, amely összekapcsolt részecskéket jelöl. Az öt fluor és a két szén hét qubitje képes 15-öt faktorizálni: 3.5=15 Rádióhullámok indítják a gépet, NMR olvassa ki az eredményt 2012: Szupravezető qubit stabilizálás (10 μ s), Si- technológiával! IBM Research Dicarbonylcyclopenta dienyl (perfluorobutadien-2- yl) iron (C11H5F5O2Fe ) (ill. pentafluorobutadienyl cyclopentadienyldicar bonyl-iron complex)

28 2013. november 5.TÖK előadás, Dobó István Gimnázium, Eger A kutatás „forró” területei - példák Komputer-távközlés –Hordozható eszközök –Viselhető (Wear-on) –Szórt (Ambience) intelligencia (inter car, intelligens „homok”) –Akusztikai eszközök Érzékelők/beavatkozók forradalma –Akár biológia is… –Közlekedés automatizálása Mikro- és nanotechnológia –„Energy harvesting” – energiaforrások Világítás forradalma –Világító dióda (LED), Organikus LED

29 2013. november 5.TÖK előadás, Dobó István Gimnázium, Eger Nanomegmunkálás fokuszált ionnyalábbal, és vezérelt CVD-vel (LEO gym., MFA-ban) MFA rekord: 20nm pórus FIB – DNS átfért rajta, „Pungor Ernő díj”, Gyurcsányi Róbert, BME

30 2013. november 5.TÖK előadás, Dobó István Gimnázium, Eger A nanotechnológia módszerei, I. Pásztázó szondák, Kísérlet, egyes atomok mozgatására

31 2013. november 5.TÖK előadás, Dobó István Gimnázium, Eger Grafén – az új „izgalom” Pásztázó szondák, MFA: „plazmapisztoly” Junior Prima-díj 2008: Tapasztó Levente, MFA http://www.mfa.kfki.hu/int/nano/

32 2013. november 5.TÖK előadás, Dobó István Gimnázium, Eger RESEARCH INSTITUTE FOR TECHNICAL PHYSICS AND MATERIALS SCIENCE -MFA, BUDAPEST SENSOR AND MICROTECHNOLOGY LABORATORY www.mfa.kfki.hu/laboratories/sensorics Fűtőtest Hőmérő Gázáramlásmérő Tapintás érzékelő

33 2013. november 5.TÖK előadás, Dobó István Gimnázium, Eger Mikrofluidika Nanopórusos fehérje analízis, DNS Agyi elektróda – gyógyszerbeviteli csatornával

34 2013. november 5.TÖK előadás, Dobó István Gimnázium, Eger MFA PPKE Tactologic Taktilis, tapintás-érzékelő

35 2013. november 5.TÖK előadás, Dobó István Gimnázium, Eger Egy eredményünk gázérzékelő "mesterséges orr"

36 2013. november 5.TÖK előadás, Dobó István Gimnázium, Eger Egyetlen borászat két Kékfrankos évjárata, két borászat Cabernet sauvignonja, és egy Tokaji Hárslevelű Talán egy Hungarikumot is segítünk…

37 2013. november 5.TÖK előadás, Dobó István Gimnázium, Eger Mottó No.2... Az EU pályázati témái egyre inkább multidiszciplinárisak – egészen a biológiáig A XXI. század "biológiája" jobban fog hasonlítani a XX. század fizikájára, kémiájára, informatikájára, mint az akkori-mai biológiára De ezeknek a tudományoknak agresszíven bele kell vonulnia az interdiszciplinákba Nem csak az eszközeinknek kell bevonulniuk az élettudományokba, hanem a gondolkodásmódunknak is! Az anyagtudomány gondjaihoz itt értünk el

38 2013. november 5.TÖK előadás, Dobó István Gimnázium, Eger Gondolkodásmód változás elé – a kémiában Példa: kémiai katalízis a katalizátor atom, a telítetlen d-, f-héjával – szerintem – olyan atomi méretű „labor” a maga gyorsan változó elektromos- mágneses terével, amelybe a bekerülő (oda vonzott?) atomok/molekulák elektronkötései fellazulnak, (más) vegyületbe lépnek palládium-, platina-atom, stb. atomi méretű laboratórium

39 2013. november 5.TÖK előadás, Dobó István Gimnázium, Eger Mérnöki gondolkodás a biológiában - kevesebb antropomorfizmus Pl. a stressz protein Megtalálja a sérült fehérjét, hogyan? „megméri” a nm-es torzulásokat, hogyan? Átadja a saját testének egy részét – milyen energetika vezérli? Tudjuk, csak atomi erők szerepelhetnek Én mindezek fizikai, atomi megértését tekintem a biológia új életének

40 2013. november 5.TÖK előadás, Dobó István Gimnázium, Eger Egy példa: a biomimetika és gondjai A nano tanulni kíván a természettől. De nem egyszerű: az evolúció mindig némileg másra optimált! A pókháló vs. kevlar: egyetlen fizikai paraméterben van különbség köztük, a lassú, ill. gyors deformáció munkájában. Ettől jó az egyik légyfogásra, ill. golyóálló mellénynek a másik. A van der Waals erők szerepe – gekko. A fotonikus kristályok a természeti „színekben”?

41 2013. november 5.TÖK előadás, Dobó István Gimnázium, Eger Köszönöm a lehetőséget…