Ha most kezdeném…

1. 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/_/ TÖK előadás, Dobó István Gimnázium, Eger

2. 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… TÖK előadás, Dobó István Gimnázium, Eger

3. 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. TÖK előadás, Dobó István Gimnázium, Eger

4. 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... TÖK előadás, Dobó István Gimnázium, Eger

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

6. 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… TÖK előadás, Dobó István Gimnázium, Eger

7. Az alapkérdés • A mai tudománynak egyetlen missziója van és két súlypontja lehet – ez megfelel az ön- és fajfenntartás ösztönének is: • megkeresni annak a módozatait, hogy élhet-e, ill. hogyan 7-10 G ember a Földön – úgy is, hogy a többi élőlény is megmaradjon?… • emellett az egyén élettartam-növelése domináns érdeklődést vonz – innen a biotudományok súlya, érdekessége, • 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 … TÖK előadás, Dobó István Gimnázium, Eger

8. Elég-e ez? • 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 TÖK előadás, Dobó István Gimnázium, Eger

9. Globális keret: tudomány és túlélés • 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. TÖK előadás, Dobó István Gimnázium, Eger

10. 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 TÖK előadás, Dobó István Gimnázium, Eger

11. Frontvonalak TÖK előadás, Dobó István Gimnázium, Eger

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

13. 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 TÖK előadás, Dobó István Gimnázium, Eger

14. 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 TÖK előadás, Dobó István Gimnázium, Eger

15. 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 TÖK előadás, Dobó István Gimnázium, Eger

16. NMP Program jellemzői 2013 • 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 TÖK előadás, Dobó István Gimnázium, Eger

17. Tudós-típusok: a tehetséges, a szorgalmas, a szerencsés • Bármelyik tulajdonság-pár elvezethet a szakmai sikerhez és mindegyiknek van megtanulható, megtanulandó eleme is • 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: • 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 • Szerencsepótlás • 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 TÖK előadás, Dobó István Gimnázium, Eger

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

19. 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 TÖK előadás, Dobó István Gimnázium, Eger

20. 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 TÖK előadás, Dobó István Gimnázium, Eger

21. Színkód TÖK előadás, Dobó István Gimnázium, Eger

22. 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 TÖK előadás, Dobó István Gimnázium, Eger

23. 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/ TÖK előadás, Dobó István Gimnázium, Eger

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

25. 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. Novoselova 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 TÖK előadás, Dobó István Gimnázium, Eger

26. 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 TÖK előadás, Dobó István Gimnázium, Eger

27. 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 μs), Si-technológiával! IBM Research Dicarbonylcyclopentadienyl (perfluorobutadien-2-yl) iron (C11H5F5O2Fe ) (ill. pentafluorobutadienyl cyclopentadienyldicarbonyl-iron complex) TÖK előadás, Dobó István Gimnázium, Eger

28. 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 A kutatás „forró” területei - példák TÖK előadás, Dobó István Gimnázium, Eger

29. 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 TÖK előadás, Dobó István Gimnázium, Eger

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

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

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

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

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

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

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

37. 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 TÖK előadás, Dobó István Gimnázium, Eger

38. Gondolkodásmódváltozás 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 TÖK előadás, Dobó István Gimnázium, Eger

39. 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 TÖK előadás, Dobó István Gimnázium, Eger

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

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