To chyba najważniejsza konferencja na świecie w dziedzinie nanonauki. Po raz pierwszy odbędzie się w Polsce, we Wrocławiu. Przyjadą Klaus von Klitzing, laureat Nagrody Nobla z dziedziny fizyki z 1985 r i Konstantin Nowosiołow, który Nobla otrzymał z Andriejem Gejmem w 2010 r. za odkrycie grafenu.
– Nasze miasto nie gościło jeszcze nigdy tylu tak wybitnych fizyków - mówi profesor Arkadiusz Wójs, który przewodniczy pracom programowym połączonych konferencji. Bo historycznie są to dwie konferencje. Jedna – EP2DS (International Conference on Electronic Properties of Two-Dimensional Systems) – odbędzie się po raz dwudziesty. Pierwszy raz zorganizowano ją w 1975 r. na Brown University (Rhode Island, USA). Uchodzi za bardziej teoretyczną, zaś druga MSS (International Conference on Modulated Semiconductor Structures) za bardziej technologiczną. Ale uczestnicy rejestrują się na całość programu. Część wystąpień, zwłaszcza referaty plenarne, jest wspólna. Pozostałe sesje toczą się równolegle.
Wojs 1.mp3
Jak udało się przyciągnąć konferencję do Wrocławia?
Sukcesem jest to, że po raz pierwszy tak prestiżowa konferencja, która jest organizowana na przemian na trzech kontynentach, trafiła do Polski. Tym milej nam, że do Wrocławia. Decyzje w tej sprawie podejmowane są przez komitet doradczy, w którym są nobliści, szefowie najważniejszych laboratoriów, rektorzy czołowych uczelni, a więc grono reprezentatywne dla tego środowiska naukowego. Wygraliśmy wśród ośrodków europejskich – na ostatniej prostej konkurowaliśmy z Manchesterem, gdzie przecież pracują Nowosiołow i Gejm.
Mamy jako Polska dobrą tradycję badań półprzewodników, zwłaszcza Warszawa i Wrocław. Jako Politechnika Wrocławska możemy być dumni z badań prowadzonych nad nanostrukturami półprzewodnikowymi. Laboratorium Optycznej Spektroskopii Nanostruktur, kierowane przez profesora Jana Misiewicza, znacznie się rozbudowało w ostatnich latach. Rozwija się tu szeroką współpracę z czołowymi zagranicznymi ośrodkami: uniwersytetami w Würzburgu, Cambridge i Tokio, z Uniwersytetem Stanforda. Mamy współpracę badawczą i wyjazdy naukowe. Nasz ośrodek ma bardzo wysoką pozycję. Również badania teoretyczne prowadzone w Instytucie Fizyki są – już tradycyjnie – na najwyższym światowym poziomie.
Na czym polega wyjątkowość tej konferencji?
Na tym forum, zwłaszcza na EP2DS, wielokrotnie przedstawiano wyniki badań czy wręcz odkrycia prowadzące do otwarcia nowych ważnych kierunków w nanonauce. Niejednokrotnie owocowało to Nagrodą Nobla. I tu spodziewamy się wystąpień o szczególnym znaczeniu. Ostatnio tak prezentowanym osiągnięciem był grafen, za który w 2010 roku przyznano Nagrodę Nobla. Nowosiołow wygłosi u nas wykład plenarny zamykający całą konferencję. Grafenowi będzie też poświęconych kilka sesji specjalistycznych; jedną z nich otworzy wykład zaproszony Phillipa Kima z Columbia University, który również był w 2010 r. bliski Nagrody Nobla.
EP2DS, czyli International Conference on Electronic Properties of Two-Dimensional Systems zajmuje się najnowszymi kierunkami w fundamentalnej fizyce nanostruktur, powierzchni, interfejsów i innych układów niskowymiarowych, zaś MSS, czyli International Conference on Modulated Semiconductor Structures – wytwarzaniem, charakteryzacją i zastosowaniami struktur półprzewodnikowych.
Jakich nowości należy spodziewać się w tym roku?
Teraz główną nowością są „egzotyczne” – czyli znacznie różniące się od znanych nam – cząstki kwantowe, których istnienie postulował w latach trzydziestych XX wieku Ettore Majorana. Teraz dzięki technikom badawczym, które przyniósł XXI wiek, formułuje się ostrożne opinie, że cząstki te udało się wreszcie zaobserwować. Może znajdą one zastosowanie w komputerze kwantowym? Ich szczególną cechą jest „pamięć” drogi, którą przybyły. Obserwator elektronu, który znalazł się w jakimś miejscu, nie jest w stanie nic powiedzieć o jego wcześniejszym losie. Stan takiej cząstki nie wiąże się z jej wcześniejszymi stanami. Natomiast fermiony Majorany zachowują się różnie w zależności od drogi, którą przebyły. Sam Majorana sądził, że to neutrina będą odpowiadać jego postulatom, co się nie sprawdziło. Dopiero eksperymenty z ostatnich lat prowadzone na szczególnych nanoukładach półprzewodnikowych – tzw. nanodrutach kwantowych o średnicy kilkudziesięciu atomów, zmieniły sytuację.
Fizyka nanodrutów, podobnie jak kropek kwantowych, stwarza całkiem nowe możliwości. Jest to przecież sztuczny układ, który w połączeniu z innymi elementami struktury, np. nadprzewodnikiem, pozwala stworzyć pewną „sytuację fizyczną”, w której można zaobserwować „egzotyczne” cząstki, które mogą się okazać fermionami Majorany. Cząstki z pamięcią! Mogłyby one znaleźć zastosowanie w informatyce kwantowej, nad którą pracuje wielu wybitnych specjalistów i w którą inwestuje się bardzo znaczne sumy. Na sesji poświęconej temu tematowi wystąpi sześć osób: teoretycy Sankar Das Sarma i Piet Brouwer oraz realizatorzy najważniejszych eksperymentów z ostatnich dwóch lat: Leo Kouwenhoven, Moty Heiblum, Leonid Rokhinson i Charles Marcus. Każdy przedstawi swoje obserwacje i ustali się możliwości dalszych eksperymentów. Jest to temat bardzo świeży i ekscytujący; z pewnością jesteśmy w przededniu nowych ważnych odkryć.
A inne tematy?
Wykład plenarny Shoucheng Zhanga to też interesująca nowość. Dotyczy tak zwanych topologicznych izolatorów. Określa się tak nowy stan skupienia materii, tyle że nie atomowej, a elektronowej. Oprócz cieczy, ciała stałego i gazu, jakie znamy z codziennego życia, fizycy obserwują też fazy skupienia obiektów subatomowych. Na przykład plazma, która jest zjonizowaną materią, czy gwiazda neutronowa będąca pewnym stanem skupienia neutronów. W pewnym momencie odkryto ciecze kwantowe, za które przyznano Nagrodę Nobla w 1998 r. (Robert Laughlin, Horst Störmer, Daniel Tsui). Elektrony w pewnego rodzaju materiałach i w pewnych warunkach tworzą nowy stan skupienia, który ma szczególne jakościowo cechy. W tym przypadku jest to właśnie topologiczny izolator. Nie jest on do końca izolatorem, bo przewodzi na powierzchni. Ma też pewne inne dziwne właściwości elektryczne. Ma to nie tylko znaczenie fundamentalne – służy nie tylko zrozumieniu świata. Opanowanie i zrozumienie tych zjawisk pozwoli w przyszłości wykorzystać unikalne cechy materii w praktyce.
Oczywiście, bardzo ciekawe będą też inne tematy, jak spintronika, kondensacja Bosego-Einsteina czy kwantowe zjawisko Halla. Na pewno przyciągnie uwagę plenarny wykład profesora Pawła Hawrylaka z kropek kwantowych. Wszystko, co najważniejsze w skali nano (a więc w skali pojedynczych atomów) w ciele stałym, jest ważne. Przeznacza się na te badania wielkie pieniądze, angażuje ogromne laboratoria.
Dlaczego właściwie próbuje się tworzyć coś na kształt sztucznych cząsteczek czy atomów?
Obiekty o wymiarach porównywalnych z odległościami atomowymi ujawniają swoje cechy kwantowe. Jednak w odróżnieniu od konwencjonalnych obiektów stwarzają nam możliwość modyfikowania swoich właściwości. Samo odkrycie grafenu doprowadziło do pojawienia się licznych koncepcji badawczych i do przeróżnych zastosowań.
Kiedy doczekamy się praktycznych efektów?
Od wynalezienia pierwszego tranzystora do pierwszego układu scalonego minęło 10 lat, a do zastosowania go w komputerze – znacznie więcej czasu. Dlatego nie możemy oczekiwać, że natychmiast dojdziemy do aplikacji. Nowe rozwiązania są jednak rozwijane.
Ettore Majorana, któremu poświęcono specjalną sesję, to niezbyt znany naukowiec.
To niezwykła postać. Urodzony w 1906 r. wychowanek Fermiego, który uważał Majoranę za geniusza pokroju Newtona, jak wielu wybitnych teoretyków był człowiekiem introwertycznym. Stworzył kilka ważnych prac. Na przykład przedstawił koncepcję na istnienie cząstek, które nazywamy fermionami Majorany. W 1938 roku wybrał z konta pieniądze, wsiadł na statek i... zniknął. Czy wypadł za burtę, popełnił samobójstwo, a może zamknął się w klasztorze? Do dziś nie wiemy. Ale jego pamięć trwa.
Rozmawiała Maria Kisza
Połączone konferencje – EP2DS i MSS – są jednym z najważniejszych światowych forów nanofizyki i nanotechnologii. Impreza ma 40-letnią historię. Organizowane są co dwa lata, na przemian na trzech różnych kontynentach. Ostatnio w Tallahassee na Florydzie w USA (2011), w Kobe w Japonii (2009), w Genui we Włoszech (2007). Nigdy wcześniej konferencje nie gościły w Polsce.
Konferencja na Politechnice Wrocławskiej odbędzie się w Centrum Kongresowym PWr przy ul. Janiszewskiego 8. Trwać będzie od 1 do 5 lipca. Spodziewany jest przyjazd 600 gości, w tym 400 z zagranicy.
Organizatorem jest Instytut Fizyki Politechniki Wrocławskiej, przewodniczącym komitetu organizacyjnego profesor Jan Misiewicz, a szefem programowym profesor Arkadiusz Wójs. Patronat nad konferencją objęli: rektor PWr, Ministerstwo NiSW, NCN, NCBiR oraz PTF. Organizatorzy uzyskali wsparcie od MNiSW oraz od International Union of Pure and Applied Physics.
Program konferencji tutaj.