A fizikus a Budapesti Műszaki és Gazdaságtudományi Egyetem és a Neumann Társaság meghívásából érkezett Magyarországra, ahol átvette a Neumann János professzori címet, és a Domokos Gábor professzor 60. születésnapja alkalmából szervezett Alkalmazott Matematikai Napokon is előadást tart. A BME évnyitója után beszélgettünk vele. Novoszjolov egy végtelenül szerény ember, aki nem szeret a Nobel-díjáról beszélni, ellenben a heterostruktúrákról szenvedéllyel magyaráz, és határozottan nem ért egyet azzal, hogy az orosz-ukrán háború miatt bármelyik ország tudományos munkájának szenvednie kellene.
A Neumann János professzori cím átvétele mellett azért érkezett most Magyarországra, hogy részt vegyen a Budapesti Műszaki Egyetemen hétfőn rendezett Alkalmazott Matematikai Napokon. Mire számít ezen az eseményen?
Domokos Gáborral már egy ideje együtt dolgozom néhány matematikai probléma megoldásán, amelyek összefüggésbe hozhatók kvázikristály-szerkezetekkel. Az együttműködés nagyon gyümölcsözőnek bizonyul. Az intézetemben új irányt vesz a kutatási munkám is, és újfajta matematikai megközelítésekre van szükség ehhez az irányvonalhoz. Így leginkább azt várom, hogy kicsit tanuljak, és új ötleteket gyűjtsek.
Miről tart előadást?
Egyelőre még nem döntöttem el. Elég nagy kihívás egy 400-500 fős közönség előtt beszélni. Kihívás, hogy a fizikát a matematikusok számára érdekessé tegyem. Még van két napom gondolkodni rajta. De mindenképpen az új kutatásaimmal kapcsolatos lesz a beszéd: funkcionális intelligens anyagokkal dolgozunk, és dinamikus gépi tanulást alkalmazunk, hogy kifejlesszük ezeket. Nagyon új és interdiszciplináris terület, amihez alapvető matematikára is szükség van. Ez egy nagyon érdekes területe az anyagtudományoknak, a legújabb mesterségesintelligencia-technológiákkal és gépi tanulással együtt folyik a kutatás.
Kérdezni fogom később még más kétdimenziós anyagokról is, de beszéljünk először egy kicsit a grafénról, hiszen ezért kapta 2010-ben a Nobel-díjat. Miért került ez az anyag a látóterébe, hogyan kezdett el dolgozni vele?
Tulajdonképpen nem mi választottuk a grafént, a grafén választott minket. Jó barátommal, és akkori felettesemmel, Andre Geimmel kezdtem el dolgozni az anyagon az úgynevezett lazább „péntek esti kísérletek” során, amit Andre vezetett be a laboratóriumunkban. Próbálkoztunk már őrültségekkel korábban is, de egy nap eszünkbe jutott: mi lenne, ha megpróbálnánk grafitból tranzisztort készíteni? Elkezdtünk ezen agyalni – de ekkor még biztosak voltunk benne, hogy grafént előállítani lehetetlen. Ezt biztosan tudtuk: ilyen vékony anyag nem létezhet, a korábbi tapasztalataink, sőt néhány elméleti elképzelés is ezt mondatta velünk. De mégis elkezdtünk játszadozni a grafittal. Arra számítottunk, hogy találunk valamilyen érdekes kvantumhatást vagy bármit, ami figyelemre méltó. Aztán egy nap eljutottunk az egyrétegű grafithoz. Többé-kevésbé egy év alatt sikerült teljesen izolálni. Szinte azonnal láttuk azokat a lenyűgöző képességeket, amiket elméletben már tudtunk róla. Szóval, nem volt teljesen véletlen a felfedezés, de némi szerencse kellett hozzá.
Végül egy egészen egyszerű módszerrel sikerült eljutni a grafénig: ragasztószalaggal. Mondana pár szót arról, hogyan jutott eszükbe, hogy celluxszal tépkedjék a grafit felszínét?
Ahogy említettem, tranzisztort akartunk csinálni grafitból, ehhez pedig az kell, hogy nagyon vékony grafitréteggel tudjunk dolgozni. Elviekben a grafit nagyon könnyen rétegeire választható anyag, csak meg kell dörzsölni, és máris szétválik. Valójában ezt csinálod akkor is, amikor grafitceruzával írsz, vékony grafitrétegeket hagysz a papír felszínén. Úgy gondoltuk, hogy valami hasonlót kellene csinálni a laborban is. Egy kolléga éppen pásztázó alagútmikroszkópot épített, ehhez pedig grafitot kell használni. A mikroszkóp tisztítása végtelenül egyszerűen történik: celluxszal lehúzzák a felületet. Elméletben mindig tudtam, hogy ez a folyamat így néz ki, de amikor élőben is láttam, beugrott valami. Kivettük a kukából a celluxot, és fél órán belül megvolt az első graféngyártó eszközünk.
Nagyon jól hangzanak ezek a péntek esti kísérletek, ön is mindig a tudomány kreatív oldaláról beszél. Mennyire gyakori az ilyen a kívülről egyébként elég merevnek tűnő tudományos életben?
Úgy gondolom, hogy alapvetően két olyan emberi aktivitás van, ahol valami teljesen újat alkothatunk, nem tudunk csak a múltbéli tapasztalatainkból dolgozni: a tudomány és a művészet. Ezekkel olyat hozhatunk létre, ami korábban nem létezett. Új tudást, új műalkotást. Ez a különbség például a tudomány és a mérnöki munka között – anélkül, hogy kicsinyíteni akarnám a mérnökök munkájának fontosságát, egyszerűen csak másfajta emberi aktivitásról beszélünk. Utóbbiban lépésről lépésre kell haladni a korábbi tapasztalatok alapján, tudom, hogy mik egy tranzisztor tulajdonságai, tudom azt is pontosan, hogyan fog viselkedni, és hogyan tudok több tranzisztorból mikroprocesszort csinálni. Minden kiszámítható.
A tudományban nem szeretjük ezt a kiszámíthatóságot, azt szeretjük, ha a rendszerek teljesen új módon működnek, akkor hozunk létre új tudást.
Ez egyébként mindig nagyon nehéz folyamat, mert valami újat akarsz találni, csak nem tudod, hogy mit. Minden egyes tudósnak megvan a saját módszere arra, hogyan jusson el idáig. Szükség van valami olyanra, ami beindít valamit az agyban, hogy képes legyél új tudást létrehozni. A péntek esti kísérletek csak egy példája annak, ami ilyen trigger lehet. Biztos vagyok benne, hogy más tudósoknak más trükkjeik vannak. Mint ahogyan a művészeknél is ez a helyzet: néhány művésznek alkoholra van szüksége, néhánynak mozgásra, inspiráló helyekre, és egyszer csak eszükbe jut egy ötlet, amiből megszületik a következő műalkotás. A péntek esti kísérletek egy lehetséges mód arra, hogy az agyunkat irányba állítsuk az új felfedezések felé.
Beszéljünk egy kicsit a Nobel-díjról is! Ha jól tudom, ön az egyik legfiatalabb, aki megkapta az elismerést a fizika területén.
Magamtól soha nem beszélek a Nobel-díjról. Ki sem mondom az „n-betűs szót”, ha prezentációt tartok valahol. Soha nem beszélek olyan kutatási eredményekről, amelyek a díj előtt születtek, mindig csak azt mutatom, amin a díj után dolgoztam. Nem az az első dolgom minden reggel, hogy kávézás közben lecsekkolom a medált. Abban sem vagyok biztos, hogy most hol van.
Nagy volt a nyomás önön azért, mert a karrierje ilyen korai szakaszában kapta meg a díjat?
Határozottan nagy volt miatta a nyomás, igen. Még azelőtt is, hogy megkaptam a díjat. Ilyenkor megjelennek a pletykák arról, kit jelölnek, ki fogja megnyerni, hiszen nyilvánvaló, hogy egy tudósnak óriási dolog elvinni a Nobelt. Az átadás előtti éjszaka nem is tudtam aludni. Aztán az életem egy csapásra teljesen a feje tetejére fordult. De előtte teljesen kivontam magam a felhajtásból, igyekeztem nem gondolni rá, amíg meg nem kaptam, nem olvastam semmit magamról a sajtóban, és igyekeztem nem beszélni róla senkivel. Ha megnézi az átadó napján rólam készült fotókat, látszik az arcomon, hogy teljesen felkészületlen vagyok, még borotválkozni is elfelejtettem.
A díj elnyerése után megfogadtam, hogy öt éven keresztül nem változtatok semmin az életemben. Ugyanabban a laboratóriumban fogok dolgozni, ugyanazt a munkát végzem, mint korábban. Ugyanabban a házban élek, ugyanazzal az autóval közlekedem. Úgy gondolom, hogy ez segített megőrizni a normalitást. Aztán amikor lejjebb hagyott a cirkusz, ki tudtam dolgozni egy racionális tervet a továbbiakra. De a nyomás addig óriási volt.
Az öt év elteltével azért gondolom segített is a kutatásaiban a díj.
Persze, nem mondanék igazat, ha azt állítanám, hogy nem segített. Sokszor könnyebb támogatást kapni egy kutatásra, a kollégák jobban bíznak a szakértelmemben, mint korábban, igazán nem panaszkodom. Sok más kisebb előnye is van, többet tudok például foglalkozni a tanítással. A cégekkel való együttműködésekre is több lehetőségem van. De negatív oldala is van a dolognak. Ha beadok egy szaklaphoz egy tanulmányt például, van olyan, hogy a kollégák úgy állnak hozzá, hogy „na majd most megmutatom ennek a Nobel-díjasnak, hogy kell ezt csinálni”, és nehezebbé válik tőle az ellenőrzési folyamat. De összességében persze nem panaszkodhatom.
Segített megalapítani a Nemzeti Grafén Intézetet Manchesterben, illetve a Grafén Kutatóközpontot Szingapúrban. Milyen munka folyik ezekben az intézetekben, hogy halad a kutatás?
2009-ben azt terveztem, hogy Szingapúrba költözöm, elkezdtem dolgozni a kutatóközpont megalapításán, de aztán megkaptam a Nobelt, és úgy döntöttem, maradok Manchesterben, a régi laboratóriumomban. De a központ így is megalakult, és nagyon sikeres kutatásokat végez, többször dolgoztam együtt az ott dolgozókkal. Manchesterben pedig rájöttünk, hogy nagyon megnőtt a munkamennyiség, amire korábban elég volt néhány ember, arra ma már több százan kellenek. Három évet töltöttem nagyjából azzal, hogy megtervezzük az intézetet, még az épületet is mi álmodtuk meg. Szerintem gyönyörű lett, az egyik legjobb kutatóépület a világon. Erre azért volt szükség, mert a grafénnal még a felfedezés után 15 évvel is rengeteg alapkutatás zajlik. Nagyon ritka, ha egyetlen anyagban ennyi lehetőség van, ráadásul úgy, hogy ez az anyag igencsak egyszerű. De nagyon gyorsan rájöttünk, hogy a grafén nincs egyedül, vannak rajta kívül más izgalmas kétdimenziós anyagok is. Sokat kutatjuk ezeket is, de az alkalmazás is jól halad, erre külön ágazatunk jött létre. Eszközökben próbáljuk ki, hogyan viselkedik a grafén, és más hasonló, kétdimenziós anyagok.
Amikor először izolálták a grafént, rögtön a 21. század csodaanyagának kiáltották ki, ami meg fogja váltani a világot. Egyelőre viszont még nem láttunk olyan egetrengető felfedezéseket. Mi ennek az oka? Miért nem váltotta még be a hozzá fűzött reményeket?
Ez egy nagyon jó kérdés, nekünk is fontos volt, hogy kutatóként ne vegyük át ezt a túlzó lelkesedést. Nagyon érdekes volt nekem is megtapasztalni, amit úgy hívnak a közgazdaságtanban, hogy hype ciklus: először valaminek a csúcsra járatják az értékét, majd ez az érték hirtelen csökkenni kezd, ezután újra felugrik. Érdekes volt ezt végigkövetni a grafénnal is, ahogyan pontosan hozta a várakozásokat. Igen, az elején óriási volt a lelkesedés, nagyjából azt gondolhattuk, hogy egy nap majd felébredünk, és körülöttünk minden grafénból fog készülni. Ennek ellenére ma már azért biztos vagyok benne, hogy mindenki nyúlt már olyan eszközhöz, amiben van grafén is, csak most már nincs körülötte akkora felhajtás.
Milyen eszközökben használják már, ami a mindennapjaink része?
Mobiltelefonokban hőszabályozáshoz, elektromos autókban az akkumulátorokhoz, rengeteg mindenben ott van. Széles körben, folyamatosan használjuk, és újabb és újabb eszközök készülnek, amelyekben grafén van. A fejlődés zajlik, csak nem egyik napról a másikra.
Mi az, amit a grafénnal kapcsolatban most a legizgalmasabbnak tart?
Már nem foglalkozom túl sokat a grafénnal, nagyjából húsz százalékát teszi ki a kutatási munkámnak. Sokat dolgozunk például a grafén elektromos tulajdonságainak vizsgálatával. Egy másik irány a mesterséges szervek létrehozása grafén segítségével, például mesterséges veséket, szívet tudunk alkotni. Használható elektródákhoz az ember-gép interfészek esetében. Az optikai telekommunikációban is sok lehetőséget látok. Ezek most a legizgalmasabb irányok.
Ahogy korábban említette is már, a grafénon kívül vannak más kétdimenziós anyagok is. Melyek ezek? Hogyan lehet velük dolgozni?
A grafén gyakorlatilag a szénatomok monorétege. Az atomok közötti kötések nagyon erősek, így egy igen erős, jó vezetőképességű anyagról beszélünk. De nem jó mindenre. Például bizonyos típusú tranzisztorokhoz kifejezetten nem megfelelő. Rájöttünk, hogy vannak olyan kétdimenziós anyagok, amelyek félvezetők. Vannak olyanok, amelyek képesek fényt kibocsátani. A grafén ezeket nem tudja. Vannak kétdimenziós ferromágnesek is. A kétdimenziós kristályok családja óriási. Teljesen más tulajdonságai vannak egy anyag kétdimenziós változatának, mint a háromdimenziós formájának. A kutatók szeretnek ilyesmivel játszani, érdekes megfigyelni, hogyan lehet a természetet rávenni, hogy az átlagostól eltérő módon viselkedjen.
Aztán kicsit tovább mentünk, és azt próbáltuk ki, hogy most, hogy már tudunk kétdimenziós lapokat gyártani ezekből az anyagokból, mit tudunk velük kezdeni. Úgy kell elképzelni, mintha lenne egy papírlapod: csak adott mennyiségű helyed van arra, hogy írj rá. Meg akartuk nézni, hogy tudjuk-e ezeket a papírlapokat egymásra pakolni, hogy könyv legyen belőlük. Most gyakorlatilag ezt kutatjuk. Fogunk egy egyfajta anyagot, aztán egy másik fajtát, egymásra rakjuk őket, és új anyagokat gyártunk. Ezek olyan anyagok, amelyek a természetben nem találhatók meg, csak a laboratóriumban tudjuk létrehozni őket, atomi precizitással mesterséges anyagokat gyártunk. Ezeknek a tulajdonságait előre megjósolni gyakorlatilag lehetetlen. Ezért kezdtünk el eredetileg gépi tanulást alkalmazni, hogy az új anyagok tulajdonságait megbecsülje. De néha olyan eredményeket kapunk, amelyeket elképzelni sem tudtunk volna. Szakszóval heterostruktúráknak hívjuk ezeket.
Gondolom az ezekhez szükséges kétdimenziós lapokat már nem celluxszal nyerik ki.
De, sajnos ezeknél is ugyanaz a helyzet, mint a grafénnál. Ha egy anyaggal ténylegesen kezdeni akarunk valamit, nyilvánvalóan más módszert kell találnunk, de egyelőre a kutatáshoz kézzel tépkedjük a rétegeket. Szegény diákok szó szerint ülnek az asztalnál, és atomonként rakosgatják egymásra a rétegeket. Nagyon izgalmasan hangzik, hogy egy egy atomnyi vastag anyagot tudunk precízen manipulálni, és egy másik ilyen anyagra helyezni, de maga a folyamat nem annyira izgalmas. Az ilyen rétegeknél egyébként az a trükkös, hogy nagyon precízen kell egymásra helyezni őket, nem mindegy, hogy milyen irányban illeszted össze a két szerkezetet. Ha csak 0,1 fokkal máshogy forgatjuk az egyik réteget, már más tulajdonságokat kaphatsz. Egyébként jól érezzük magunkat a laboratóriumban, sokat kísérletezgetünk, de a legtöbbször nem tudjuk előre, hogy a létrehozott heterostruktúrát lehet-e majd bármire használni.
Vannak már izgalmas jelöltek?
Mielőtt felfedeztük a grafént, én biztos voltam benne, hogy nem létezhet. Aztán amikor izoláltuk, biztos voltam benne, hogy nem lehet tömeggyártásban előállítani.
Nincs annyi cellux a világon.
Igen. Most meg már négyzetkilométeres lapokat gyártanak belőle. A technológia nagyon gyorsan változik, minden várakozásunkat felülmúlja. Nem tudunk előre jósolni. Ahogy Arthur Clark is mondta: ha megpróbáljuk megbecsülni a jövőt akár rövid, akár hosszú távon, minden jóslatunk túl konzervatívnak bizonyul majd. A jövő általában sokkal gyorsabban jön, mint gondolnánk. Az egyetlen, amit most tehetünk, hogy végezzük a munkánkat, és reménykedünk, hogy lesz áttörés valamelyik anyaggal, és tudunk is majd nagyobb mennyiséget gyártani belőle.
Ön min dolgozik most személyesen?
Több irány is van, amerre elindultam. Az egyik például az, hogy az anyag új kvantumállapotát akarom létrehozni azzal, hogy különböző szupravezetőket kombinálok egymással. Számunkra egyelőre ez csak szórakozás, de reméljük, hogy egy nap segíti majd a kvantumszámítógépek munkáját, most viszont még csak erősen alapkutatás. Egy másik irány az, hogy olyan funkcionális okos anyagokat hozzunk létre, amelyeknek nemcsak tulajdonságaik, hanem funkcióik is vannak, vagyis olyan tulajdonságaik, amelyek időben is léteznek. Fejlődni tudnak, változni – van memóriájuk például.
Az emberek mostanában szeretnek a gépi tanulásról és a mesterséges intelligenciáról elmélkedni, a probléma azonban az, hogy a számítási költsége ezeknek óriási. A mesterséges intelligenciát az agyunk idegrendszeréhez szoktuk hasonlítani, de az agyunkban minden egység, minden idegsejt saját számítógépként funkcionál. A mesterséges neurális hálózatok olyan sok energiát emésztenek fel, hogy egy mobiltelefonba lehetetlen őket beletáplálni. Próbálunk olyan anyagokat találni, amelyek az idegsejtekhez hasonlóan működnek. Aztán az öngyógyító anyagokat is kutatjuk. Már tudunk olyan anyagot gyártani, amibe ha fúrnak egy lyukat, az befoltozza magát, de mi olyat igyekszünk létrehozni, amely tudja, hogy a belső energiáját mikor fordítsa arra, hogy befoltozza ezt a lyukat.
Ez rengeteg munkának tűnik, közben itthon arra panaszkodnak a kutatók, hogy a publikációs nyomás miatt alig marad idő a valódi kutatásra. Ön hogy látja, külföldön is általános probléma ez?
Igen, szerintem mindenhol ez a helyzet, és nem is helyes, hogy így van. Vannak olyan intézmények Európában, amelyek legalább próbálják kikerülni ezt, az Európai Kutatási Tanács például hosszú távú finanszírozást biztosít a tudósoknak, hogy legyen idejük kidolgozni a kutatásaikat. De látom, hogy ez probléma, különösen akkor, ha az emberek összekeverik a kutatást és az innovációt, pedig korántsem ugyanazt jelentik.
A döntéshozók jellemzően úgy gondolják, hogy amikor szétosztják, kinek a felelőssége a védelem, az oktatás, a külképviselet, az innováció értelemszerűen a tudósoké lesz. De a tudomány és az innováció nem ugyanaz. Néha éppen az ellenkezői egymásnak. A tudomány gyakran innovációhoz vezet, de ez egy melléktermék, nem szabad, hogy a tudományos munka célja legyen. Ha ez válik prioritássá, akkor az már probléma.
Ön aláírta a Max Planck Intézet Szabadságnyilatkozatát, ami gyakorlatilag kiállás az orosz-ukrán háború befejezése mellett. Orosz származásúként mennyire aggódik amiatt, hogy a háború súlyos károkat okoz majd az orosz tudományos életben?
Erről hosszan tudnék beszélni, mert nagyon bonyolult kérdés. Az orosz-ukrán háború is, az orosz és nyugati világ szembenállása is. A háború mindenképpen rossz döntés volt, nem kellett volna megtörténnie. Amilyen gyorsan csak lehet, be kell fejezni, bármilyen áron. Sajnos mindkét oldalon tudósok is áldozatai a helyzetnek, Ukrajnában és Oroszországban is. Vannak olyan elképzelések, hogy Oroszországot meg kell büntetni, és ezzel együtt az orosz tudósokat is.
Vannak olyan nyugati tudományos lapok, amelyek nem is engedik most orosz kutatóknak, hogy publikáljanak.
Igen. Ez egy lehetséges út. Persze én részrehajló vagyok. Az orosz tudományos iskolák nagyon jó minőségűek, és ha a nyugati országok úgy döntenek, súlyos kárt tudnak tenni a tudományos életben. Ahogy korábban is mondtam: a tudomány és az innováció nem ugyanaz. Vannak kollégáim, barátaim Oroszországban, tudom, hogyan kutatnak, normális tudományos munkát végeznek. Mind az ukrán, mind az orosz oldalon nagyon erős a tudományos élet, és néhány év, néhány évtized alatt ezt teljesen tönkre lehet tenni. Akár fél évszázadba is telhet visszaépíteni.
Úgy gondolom, hogy a tudás mindenkié, nem lehet kisajátítani. Az is kötelességünk, hogy a tudást megosszuk.
Egyetlen tudományos intézmény elpusztítása is képes komolyan ártani az emberiségnek. Nem is olyan régen ukrán és orosz diákokkal is dolgoztam.
Úgy gondolja, hogy már most sérült a tudományos közösség mindkét országban?
Már most látom a károkat, de a legnagyobb probléma a fejekben van: amikor nem dolgoznak együtt különböző országokból érkező diákok, amikor az orosz tudományos életet már most leírják, amikor a tudományos szakma helyett az üzleti élet felé vándorolnak a fiatalok. Még nem visszafordíthatatlan a folyamat, de elindult. És persze azt is meg kell jegyezni, hogy az ukrán oldalon sokkal nagyobb a baj. A közeljövőben komoly probléma lehet a túlzott megfelelési kényszerrel is: ugyanez volt a helyzet az észak-koreai fiatal kutatókkal és diákokkal, hiába fogadták volna őket a nyugati egyetemek, a kényszeres megfelelés miatt el sem indultak az országból. És ez azért is probléma, mert a legújabb innovációk, például az egészségügyből vagy a mezőgazdaságból, nem jutnak el az átlagemberekhez. A katonai tudás megosztásának leállítása egy dolog, de a modern egészségügyhöz való jog mindenkit megillet.
Érdekes, hogy amikor az ember az egyetemen filozófiai könyveket olvasgat, azt hinné, hogy a filozófia lesz az utolsó dolog, amit az életében használnia kell majd. Aztán kitör egy háború, és erősen elő kell venni a filozófiai kérdéseket.
Most jelent meg egy cikk, ami szerint a tanult fiatalok, köztük kutatók is, elhagyják Oroszországot a háború miatt. Magyarországról is elég erős a kivándorlás.
Igen, de úgy gondolom, hogy a különbség – az egyértelmű háborús szituáción kívül – az, hogy a magyarok előbb-utóbb vissza is jönnek. Mintha jobban kötődnének az országukhoz, mint a többiek. Ez nagyon fontos, mert a tudásáramlás csak akkor jó, ha mindkét oldalra működik. Magyarországot is olyan népszerűvé kéne tenni a fiatal kutatók számára, mint amilyen Hollandia vagy Nagy-Britannia jelenleg.
Dolgozott már együtt a híres magyar grafénkutatókkal?
Igen, néhányukkal már akkor, amikor a PhD-mre készültem. De Magyarországon egyébként is nagyon magas a tudományos munka minősége, a grafénkutatáson kívül is.
