fizikai szemle

2007/9–10

0

5

25

75

95

100

0

5

25

75

95

100

0

5

25

75

95

100

0

5

25

75

95

100

Az Eötvös Loránd Fizikai Társulathavonta megjelenô folyóirata.

Támogatók: A Magyar TudományosAkadémia Fizikai Tudományok Osztálya,

az Oktatási Minisztérium,a Magyar Biofizikai Társaság,a Magyar Nukleáris Társaság

és a Magyar Fizikushallgatók Egyesülete

Fôszerkesztô:

Németh Judit

Szerkesztôbizottság:

Beke Dezsô, Bencze Gyula,Czitrovszky Aladár, Faigel Gyula,Gyulai József, Horváth Dezsô,

Iglói Ferenc, Kiss Ádám, Lendvai János,Ormos Pál, Papp Katalin, Simon Péter,

Sükösd Csaba, Szabados László,Szabó Gábor, Tóth Kálmán,

Trócsányi Zoltán, Turiné Frank Zsuzsa,Ujvári Sándor

Szerkesztô:

Tóth Kálmán

Mûszaki szerkesztô:

Kármán Tamás

A folyóirat e-mailcíme:

szerkesztok@fizikaiszemle.huA lapba szánt írásokat erre a címre kérjük.

A folyóirat honlapja:

http://www.fizikaiszemle.hu

A címlapon:

Elektronmikroszkópi felvételek 93 nmátmérôjû amorf SiO2-gömbök

Langmuir–Blodgett (LB) rétegeirôl,valamint néhány pórusosszilíciumstruktúráról.

A periodikus pórusos szerkezetek azLB-rétegek ionimplantációsleképezésével jöttek létre.

(Lásd a periodikus nanostruktúrákkalfoglalkozó írást

a 314–319. oldalakon.)

TARTALOM

Almár Iván: Az ûrkorszak elsô félévszázada 289Kutatás – versenyképesen (Kádár György, Bársony István ) 295Gyulai József: Egyesült anyagtudomány 296Gergely György, Gurbán Sándor, Sulyok Attila, Menyhárd Miklós:

Elektrontranszport-paraméterek meghatározása 299Vértesy Gábor, Pardaviné Horváth Márta: Mikroméretû monodoménes

részecskék mágneses viselkedése 302Zolnai Zsolt, N.Q. Khánh, Battistig Gábor: A csatornahatás szerepe

ionsugaras analitikai és ionimplantációs kísérletekben 305Lohner Tivadar, Gergely György, Petrik Péter, Fried Miklós:

Az ellipszometria alkalmazása félvezetô-fizikai kutatásokban 310Nagy Norbert, Pap Andrea Edit, Deák András, Horváth Enikô,

Hórvölgyi Zoltán, Bársony István: Periodikus nanostruktúrákmakroszkopikusan nagy felületeken 314

Bérczi Alajos: Elektronmozgás fehérjékben 320Szergényi István: A kollektív elôkészítés, az oktatás, a tudomány

és a technológiafejlesztés szerepe az energiapolitikában 325Láng Róbert: Tudósok fasora 331

A FIZIKA TANÍTÁSAAz ELTE Fizika Doktori Iskolája „A fizika tanítása” címmel (Juhász András ) 333Rocard-jelentés – elsôkézbôl (Szilágyi Zsuzsa interjúja Csermely Péter rel) 340

PÁLYÁZATOK 343

HÍREK – ESEMÉNYEK 344

I. Almár: The first half century of the cosmic eraCompetitive research (G. Kádár, I. Bársony )J. Gyulai: Unified material scienceG. Gergely, S. Gurbán, A. Sulyok, M. Menyhárd: The determination of electron transport

process parametersG. Vértesy, M. Pardavi-Horváth: The magnetic behaviour of the monodomain microparticlesZs. Zolnai, N.Q. Khánh, G. Battistig: The role of channel effect in analytical or

ion beam implantation ion beam experimentsT. Lohner, G. Gergely, P. Petrik, M. Fried: The application of ellipsometry

in semiconductor physics experimentsN. Nagy, A.E. Pap, A. Deák, E. Horváth, Z. Hórvölgyi, I. Bársony: Periodical

nanostructures on macroscopic surfacesA. Bérczi: Electron displacing in proteinsI. Szergényi: Collective instruction, education, science and technological progress

as means of energy politicsR. Láng: The alley of scientists

TEACHING PHYSICSThe “Education in Physics” graduate school of ELTE (Budapest) University (A. Juhász )The Rocard Report (A talk of Zs. Szilágyi with P. Csermely )

TENDERS, EVENTS

I. Almár: Das erste halbe Jahrhundert der kosmischen ÄraKonkurrenzfähige Forschung (G. Kádár, I. Bársony)J. Gyulai: Vereinheitlichte Wissenschaft der MaterieG. Gergely, S. Gurbán, A. Sulyok, M. Menyhárd: Die Bestimmung der Parameter

von Elektronen-TransportprozessenG. Vértesy, M. Pardavi-Horváth: Das magnetische Verhalten mikroskopischer,

einer Domäne zugehöriger TeilchenZs. Zolnai, N.Q. Khánh, G. Battistig: Die Rolle des Kanaleffekts in Ionenstrahl-Experimenten

mit analytischer oder präparativer BestimmungT. Lohner, G. Gergely, P. Petrik, M. Fried: Die Anwendung der Ellipsometrie in

Experimenten der HalbleiterphysikN. Nagy, A.E. Pap, A. Deák, E. Horváth, Z. Hórvölgyi, I. Bársony: Periodische

Nanostrukturen auf makroskopischen OberflächenA. Bérczi: Elektronenbewegungen in ProteinenI. Szergényi: Kollektive Aufklärung und Ausbildung, Wissenschaft und Fortschritt

der Technologien als Mittel der EnergiepolitikR. Láng: Die Allee der Wissenschaftler

PHYSIKUNTERRICHTDie Doktorenschule „Unterricht in Physik“ der Budapester ELTE-Universität (A. Juhász )Der Rocard-Bericht (Ein Gespräch von Zs. Szilágyi mit P. Csermely )

AUSSCHREIBUNGEN, EREIGNISSE

V õtom nomere oglavlenie nahoditáü na 319. átr.

Fiz ikai SzemleMAGYAR FIZIKAI FOLYÓIRAT

A Mathematikai és Természettudományi Értesítõt az Akadémia 1882-ben indítottaA Mathematikai és Physikai Lapokat Eötvös Loránd 1891-ben alapította

LVII. évfolyam 9–10. szám 2007. szeptember–október

1. ábra. Az összeszerelt Szputnyik-1

AZ ÛRKORSZAK ELSÔ FÉLÉVSZÁZADASikerek, kudarcok, tanulságok Almár Iván

az Urkutatási Tudományos Tanács elnöke

1957. október 4-e azon ritka dátumok egyike, ame-lyek világtörténelmi jelentôsége azonnal nyilvánvalóvolt. Az elsô szputnyik (1. ábra ) születésének napjáraáltalában úgy emlékezünk (így jellemezték az újságokkezdettôl fogva), mint arra a napra, amikor az emberelôször juttatta fel eszközeit a világûrbe. Ez a megálla-pítás azonban vitatható, hiszen attól függ, hogy holvonjuk meg a légkör és a világûr határát. Éppen nap-jainkban, amikor kezdik világszerte „ûrturistáknak”nevezni azokat, akik rakétával 100 km fölötti magas-ságig jutottak, nem felesleges arra emlékeztetni, hogyaz elsô szputnyik elôtt is többször jutottak fel parabo-lapályán szovjet és amerikai mûszerek száz, sôt ezerkm-t meghaladó magasságba. Például 1956. szeptem-ber 20-án egy amerikai Jupiter C rakéta 39 kg-nyi

hasznos terhe 1094 km magasságig repült fel, miköz-ben 4800 km távolságot tett meg. Aligha tagadható,hogy e mûszerek rövid ideig a világûrben jártak. Ahangsúly azonban a „rövid ideig” kifejezésen van. Azelsô szputnyik elôtt ugyanis nem volt egyetlen földiberendezés sem, amely, mesterséges égitestté válva,tartósan keringett volna a Föld körül. 1957. október4-e nem arról nevezetes, hogy az ember eszközeifeljutottak bizonyos magasságig, hanem arról, hogymegszületett az elsô mûhold. Új korszak kezdeténekpedig azért nevezhetô, mert azóta százával, sôt ezré-vel követték automata (és részben ember által lakott)ûreszközök Föld körüli pályán.

Az elsô öt év

Tulajdonképpen nem is egyetlen, kimagasló ese-ményrôl van szó. Mint ahogy Kolumbusz 1492-esamerikai útja azért volt korszakalkotó, világtörténel-mi esemény, mert – szemben a vikingek vagy a kínai-ak állítólagos rövid kirándulásaival az amerikai konti-nensen – újra meg újra ismétlôdött, és elvezetett az„új világ” gyarmatosításához. Az akkori korszak tech-nikáját is figyelembe véve a hódítás és gyarmatosításidôszaka tulajdonképpen igen rövid volt. Közhely-szerû, és szinte felesleges említeni, hogy ezt a folya-matot akkor, a 16. és 17. században anyagi érdekekhajtották (elsôsorban arany szerzése volt a cél), deközben jelentôsen átalakította világképünket, és vég-legesen kitágította az addig csak Európára, továbbáÁzsia és Afrika bizonyos részeire korlátozódó „ismertvilágot”.

Valami hasonló folyamat zajlott le az elmúlt századközepén, de a technika robbanásszerû fejlôdése kö-vetkeztében a kolumbuszi felfedezô utakhoz képestszédületes sebességgel. Alig egy hónappal az elsôszputnyik után pályára került a második, amely elsô-

ALMÁR IVÁN: AZ URKORSZAK ELSO FÉLÉVSZÁZADA 289

sorban természetesen arról nevezetes, hogy fedélze-

2. ábra. Lajka kutya a fellövés elôtt

3. ábra. Jurij Gagarin

tén már élôlény (a Lajka kutya, 2. ábra ) utazott. Dearra már kevesebben emlékeznek, hogy a 2. szput-nyik hasznos terhe – szemben az elsô mûhold 84 kg-jával – már elérte az 500 kg-ot.

A sorozat döbbenetes tempóban folytatódott a kö-vetkezô öt évben. Néhány példa:

– Az elsô amerikai hold (Explorer-1) felfedezi aVan Allen-övezeteket (1958. február).

– Elindul a Score 1, az elsô távközlési hold (1958.december 18.).

– A szovjet Luna-1 megközelíti a Holdat, és mester-séges bolygóvá válik. Sok ezerszer messzebb jut aFöldtôl, mint a korábbi ûreszközök (1959. január 2.).

– A Luna-2 becsapódik a Holdba (1959. szeptember14.).

– A Luna-3 megkerüli a Holdat, és lefényképeziannak a Földrôl soha nem látható oldalát. Ez volt azûrcsillagászat elsô eredménye (1959. október 4.).

– Az amerikai TIROS-1 az elsô meteorológiai hold(1960. április 10.).

– Az amerikai Transit-1B az elsô navigációs mûhold(1960. április 13.).

– Sikeresen visszatér a földre a Discoverer-14 ame-rikai mûhold kapszulája (1960. augusztus 19.).

– Egy szovjet szputnyik-ûrhajón kutyák térnekvissza élve a világûrbôl (1960. augusztus 20.).

– Az amerikai Courier-1B az elsô aktív távközlésihold (1960. október 4.).

– A Vénusz felé indul a szovjet Venyera-1 ûrszonda(1961. február 12.).

– A szovjet Vosztok-1 ûrhajó fedélzetén Jurij Gaga-rin egy keringést végez a Föld körül (1961. április 12.,3. ábra ).

– A Vosztok-2 fedélzetén German Tyitov egy egésznapig kering a Föld körül (1961. augusztus 6.).

– 1962-ben már páros kötelékrepülést is végrehaj-tottak, ûrszondát indítottak a Mars felé, pályára állt azelsô angol mûhold stb. Még ebben az évben, 1962decemberében a Mariner-2 amerikai ûrszonda a Vé-nusz környezetébôl továbbította méréseit. Ezen utakbármely paraméterét tekintjük, az ugrások óriásiak: amásodik ûrhajós az elsôhöz képest 16-szorosra növel-

te a súlytalanságban töltött idôt; a Mariner-2 240-szernagyobb távolságból továbbított méréseket, mint azaddigi holdrakéták, és 200 ezerszer messzebbrôl, minta szokásos mûholdak.

Az elsô öt év szédítôen gyors fejlôdését mi, „hiva-tásos szakmai kommentátorok” is alig tudtuk követ-ni. Nehezítette dolgunkat, hogy a Szovjetunió csakutólag adott ki közleményt ûrkísérleteirôl, az ameri-kai kiadványokhoz pedig hazánkban akkoriban aliglehetett hozzájutni. De nemcsak mi voltunk zavar-ban, amikor a jövô kilátásairól kérdeztek, hanem atûzhöz közelebb lévô szakértôk is, akik szinte kivételnélkül úgy vélték, hogy ez a szédítô iram folytatódnifog a következô évtizedekben is. Kiváló bizonyítékerre a Space Age in Fiscal Year 2001 címû amerikaitanulmánygyûjtemény, amely egy 1966 márciusábanWashingtonban rendezett szimpózium anyagát tartal-mazza. A szakértôk elôrejelzései a 20. század végéreaz ûrhajózás minden képzeletet felülmúló fejlôdésétprognosztizálták: emberes megfigyelôbázist a Merkú-ron (1988), asztrobiológiai bázist a Marson (1992),ûrhajósokat a Szaturnusz Titán nevû holdján (1995),fúziós energiát hasznosító atomûrhajókat, lakott ûr-bázisok százait stb. Azt várták, hogy a hordozóraké-ta-indítások éves száma 2000-re meghaladja az egy-milliót, az évente pályára juttatott tömeg pedig a 100ezer tonnát.

Sikerek és kudarcok az elmúlt 50 évben

Most, 2007-ben természetesen tudjuk, hogy egyáltalánnem ez történt. Az éves indítások átlagos száma pél-dául 1965 és 1985 között 120 volt ugyan, de ez utánfokozatosan csökkenni kezdett, és 2005-re már nemhaladta meg az 1961-es szintet (60 indítás évente). Eztlátva (4. ábra ) joggal feltehetô a kérdés, hogy azegész ûrkutatás visszafejlôdött-e a 20. század végére,és ha igen, akkor miért? Tényleg csak a két nagyhata-lom hidegháborús vetélkedése volt a fejlôdés motorja,majd, ahogy a versengés és a hidegháború fokozato-san megszûnt, úgy csökkent világszerte az érdeklôdésés a rendelkezésre álló pénz is?

290 FIZIKAI SZEMLE 2007 / 9–10

Mint az ennyire leegyszerûsített kérdések esetében

4. ábra. Hordozórakéták évenkénti indításszáma 2006-ig. (Forrás: P. Lala)

1957

1958

1959

1960

1961

1962

1963

1964

1965

1966

1967

1968

1969

1970

1971

1972

1973

1974

1975

1976

1977

1978

1979

1980

1981

1982

1983

1984

1985

1986

1987

1988

1989

1990

1991

1992

1993

1994

1995

1996

1997

1998

1999

2000

2001

2002

2003

2004

2005

2006

szovjet vagy oroszamerikaiegyéb

–

–

–

–

–

–

–

–

140

120

100

80

60

40

20

0

indításokéves

szám

a

mindig, a helyzet és a válasz ennél sokkal bonyolul-tabb. Elôször is tisztázni kell, hogy ez a szakterület –nevezzük ûrtevékenységnek – idôközben legalábbnégy szakágazat ra bomlott szét, amelyek összefügg-nek ugyan, de fejlôdésük az elmúlt évtizedekben lé-nyegében külön utakon futott. Mindegyikrôl érdemeskülön-külön helyzetképet adni, mert enélkül alighaérthetô az a helyzet, ami a világûrben 2007-re kiala-kult. A négy szakágazat a következô:

– Hordozóeszközök, kozmodrómok, infrastruktúraa világûrben;

– Ûrtudomány, kutató mûholdak, bolygóközi ûr-szondák;

– Közvetett és közvetlen hasznosítások, ûralkalma-zások;

– Ûrhajózás, ûrrepülés, felfedezôutak – ember avilágûrben.

Hordozóeszközök

Vitathatatlan, hogy jelenleg – a prognózisokhoz vi-szonyítva – ezen a területen van a legnagyobb elma-radás. Majdnem minden változatlan például az 1980-as évekhez képest. Az orosz ûrhajósok változatlanula régi, több ízben tökéletesített, nagyon megbízhatóSzojuz ûrhajót és hordozórakétát használják, amely-nek a neve még mindig a Szovjetunióra emlékeztet.A NASA 1981 óta a Space Shuttle ûrrepülôgépekkelrepül, bár a Challenger-katasztrófa óta mûholdakpályára állításánál újra hagyományos hordozórakétá-kat (Atlas, Titan, Delta ) használnak. De az ûrrepülô-gépek napjai meg vannak számlálva, noha 20–25 évemég minden szakember megesküdött volna arra,hogy a többször felhasználható ûrsiklóké a jövô.Mégis, a helyzet másként alakult, mert nemcsak azoroszok és a kínaiak ragaszkodnak a hagyományos,egyszer használható ûrkapszulákhoz, hanem a NASAis hamarosan visszatér ehhez a megoldáshoz (CEV =Orion). Miért? A válasz egyelôre csak annyi, hogy ezaz eszköz olcsóbb és biztonságosabb, bár kényelmet-

lenebb jármû a világûrbe. Aligha hiszem, hogy eztegyetlen szakértô is megjósolta volna!

Lehet-e ezek után e területen sikerrôl beszélni? Tény,hogy az utóbbi évtizedekben fokozatosan nôtt a hagyo-mányos hordozórakéták megbízhatósága. Ez nyilvánösszefügg az Oroszországban, az USA-ban, Ukrajnában,Japánban, Kínában és Európában egyaránt tapasztalhatóállami konzervativizmussal, vagyis mindenütt kerülik agyökeresen új megoldásokat. Igazából csak a magántô-ke kísérletezik néha nem hagyományos hordozóeszkö-zökkel abban a reményben, hogy a szállítási költségeketjelentôsen csökkenteni tudja. Ez évtizedek óta napiren-den van ugyan, de lényeges áttörés nem történt. Lehet,hogy még mindig túl erôs az államilag támogatott cégekhagyományos hordozórakétáinak konkurenciája – külö-nös tekintettel az orosz arzenálból leszerelt kis hordozó-rakéták (pl. Dnyepr) megjelenésére a magánholdakpiacán. Az újszerû hordozóeszközök esetében maga-sabbak a biztosítási költségek és nagyobb a kockázat is,ezért nem igazán versenyképesek.

Ûrtudomány, ûrkutatás

Ez a terület kétségkívül sikerágazat. Az ûreszközökeljutottak a bolygókra vagy azok köré, kisbolygókraés üstökösök közelébe. Bár, sajnos, a tudományoscélú holdak és a Naprendszert kutató ûrszondák meg-építése és felbocsátása változatlanul drága, de maegy-egy mûszercsomag fajlagosan sokkal több, sokkalérzékenyebb és jelentôsen megbízhatóbb mûszerttartalmaz, mint néhány évtizede. Sôt, az sem újdonságmár, hogy az évek óta eredményesen mûködô tudo-mányos hold mellett megjelennek a szerelô ûrhajó-sok, akik lecserélik a meghibásodott, vagy egysze-rûen elavult egységeket. A Hubble-ûrtávcsô (5. ábra )többszöri javítása erre kiváló példa. De az is egyremegszokottabbá válik, hogy utólag modernebbre éstökéletesebbre cserélik egy már messze a bolygóközitérben járó ûrszonda fedélzeti szoftverjét.

Sok más paraméter szerint is kimutatható a fejlôdésezen a területen. A miniatürizált, parányi kamerákkal

ALMÁR IVÁN: AZ URKORSZAK ELSO FÉLÉVSZÁZADA 291

például részletekben gazdag képeket lehet készíteni

5. ábra. A Hubble-ûrtávcsô

bármilyen megközelített égitest felszínérôl. De jelentô-sen megnôtt a mûszerek és berendezések megbízható-sága és élettartama is. Szabványosították a mûszerekettartó és kiszolgáló talapzatokat, „buszokat” is. Ezáltal ol-csóbbá váltak a kutatások, és egyre több ország enged-heti meg magának, hogy önállóan, méginkább nemzet-közi együttmûködésben, részt vegyen a Föld környeze-tének, a Holdnak és a Naprendszer más égitesteinekfelderítésében (pl. Japán, India, ESA, Franciaország, dekisebb mértékben Magyarország is). Noha az ûrtudo-mányra, ûrkutatásra fordított összeg összességében –elsôsorban a NASA és az ESA költségvetését véve figye-lembe – évtizedek óta stagnál, a felsorolt tényezôk hatá-sára az ûrkutatás mégis virágzik, mert ugyanakkora ösz-szegbôl több program finanszírozható.

Végül érdemes megemlíteni néhány pozitív és ne-gatív fejleményt e területen. Negatív, hogy az oroszokhosszú ideje passzívak a Naprendszer kutatásánakterületén, noha az 1980-as évekig a Szovjetunió fontosszerepet játszott a bolygók és üstökösök vizsgálatá-ban. Ugyancsak sajnálatos tény, hogy az óriásbolygókfelé még mindig csak a NASA indít ûrszondákat (Gali-leo, Cassini, New Horizons ). Különösen feltûnô, hogyévtizedek óta napirenden van ugyan egy a Mars fel-színérôl mintát hozó szonda terve, az mégsem halad amegvalósítás felé.

Pozitív fejlemény viszont a „kozmikus biliárd” vagy„hintamanôver” egyre elterjedtebb alkalmazása, és min-den várakozást felülmúló sikere. Az ok nyilván a pálya-számítási technika döbbenetes fejlôdésében keresendô.E megoldással nemcsak olcsóbbá válik a bolygószon-dák indítása, hanem lehetôvé teszi „másodlagos cél-pontok” (kisbolygók, üstökösök) vizsgálatát is.

Kedvezô fejlemény az is, hogy ezen a szakterületenharmonikus együttmûködés alakult ki az ûrügynöksé-gek között. A közös fejlesztésû ûrszonda vagy tudo-mányos hold immár nem kivétel, hanem szabály (és

elsôsorban az ESA-ra jellemzô). Több ûrtudományiterületen – elsôsorban a napfizikában, de a magneto-szféra-ionoszféra-felsôlégkör kutatásában is – szoroskapcsolat alakult ki a gyakorlati alkalmazásokkal,hiszen a Nap földi hatásai a mindennapi életet is befo-lyásolják. Rengeteg értékes tudományos eredményszületett e holdak és szondák segítségével: többekközött megismertük a Naprendszer égitesteit, vala-mint feltárult a csillagvilág a teljes elektromágnesesspektrumban. Ma már túlzás nélkül kijelenthetô, hogynincs is modern csillagászat a légkörön túlról végzettmegfigyelések nélkül. Olyan fontos, új tudományterü-letek születtek az ûreszközök hatékony közremûkö-désével, mint a röntgencsillagászat, az ûr-VLBI a rá-diócsillagászatban (nagy bázisvonalú rádió-interfero-metria), az ûr-asztrometria, vagy a gammakitörésekfelfedezése és vizsgálata. Végül érdekességként meg-említhetô, hogy ma már rengeteg üstökös felfedezése(amely tevékenység régebben az amatôrcsillagászokhagyományos vadászterületének számított) a napfizi-kai holdaknak a Nap közvetlen közelét mutató felvé-telei alapján történik.

Gyakorlati alkalmazások

Nem kétséges, hogy ezen a területen születtek a leg-váratlanabb és életünkre legnagyobb hatású eredmé-nyek. Természetesen léteznek bizonyos szakterületek,ahol kezdettôl fogva nyilvánvaló volt, hogy a 3. dimen-zió megjelenése, vagyis a nagy magasságok hasznosítá-sa forradalmasíthatja a szolgáltatást. Ilyen volt a meteo-rológia, mivel a mûholdak kezdettôl fogva egész konti-nensek felhôzetének felülrôl történô, „real time” átte-kintését tették lehetôvé. Ez nyilvánvalóan nagymérték-ben segítette az idôjárás elôrejelzését. Ilyen volt a táv-közlés is, ahol a magasan repülô mûholdakkal a hang-vagy képátvitel akár az óceánokon keresztül is lehetsé-gessé vált. Késôbb a meteorológia kiegészült a Földfelszínének különbözô színképtartományokban történôfényképezésével, illetve a radaros megfigyelésekkel avilágûrbôl (ûrtávérzékelés ).

Gyors és viszonylag zökkenômentes volt a fejlôdésaz ûrtávközlés területén, ahol a közvetítô mûholdakgyorsan benépesítették a kitüntetett helyzetû geosta-cionárius pályát. Kellô sugárzási teljesítmény eseténugyanis a geostacionárius holdak vétele a Föld felszí-nérôl (a sarkvidékek kivételével) könnyen és olcsónmegoldható, mert a vevôantennát csak az égbolt egyfix pontjára kell irányítani. (A geostacionárius holdugyanis keringés közben mindig az Egyenlítô azonospontja fölött, 36 ezer km magasságban marad.) Azegyre növekvô igények kielégítésére az igénybe vettfrekvenciasávok egyre magasabbra csúsztak, és aközvetítô holdak keskeny nyalábokkal célozták meg afelhasználókat. A technikai részletek helyett inkábbaz a lényeges körülmény, hogy a polgári célú ûrtáv-közlés hamar üzleti vállalkozássá vált, nem igényelttöbbé állami támogatást, és szinte teljesen elszakadtattól az állami ûrpolitikától, amelyet a nagy ûrügynök-ségek világszerte képviselnek.

292 FIZIKAI SZEMLE 2007 / 9–10

Az ûrtávérzékelés területén is hasonló folyamat kez-

6. ábra. Az ûrtevékenységbôl származó bevételek megoszlása ésnövekedése 2000. és 2005. között (forrás: J. Logsdon, SIA).

mûholdas szolgáltatásokmûholdak készítésehordozórakéta-iparföldi kiszolgáló berendezések

–

–

–

–

–

–

–

–

–

–

90

80

70

60

50

40

30

20

10

0

milliárd

dollár

2000 2001 2002 2003 2004 2005

dôdött, de nem fejezôdött be. A probléma abban rejlik,hogy az ûrfelvételek egy jelentôs része olyan közkincs,amely áruba nem bocsátható. Ilyenek elsôsorban a me-teorológiai felvételek, de például természeti katasztró-fák idején sem illik pénzt kérni a helyzet felmérésébenés a segítségnyújtásban nélkülözhetetlen ûrfelvétele-kért. E problémának ugyanakkor van egy másik oldalais: bizonyos, nagy felbontású ûrfelvételek olyan stra-tégiai (esetleg katonai) jellegû információkat tartalmaz-hatnak, amelyek terjesztése egyes országok biztonságátveszélyeztetheti. Vagyis az ûrtávérzékelési piacnak azûrtávközlésihez hasonló, teljes privatizációja nem való-sult, mert nem valósulhatott meg. A szakágazatot minda mai napig kettôsség és bizonytalanság jellemzi: pél-dául nincs rögzítve, hogy a meteorológiai célú, ingyenhozzáférhetô felvételek milyen vizsgálatokhoz használ-hatók és milyenekhez nem.

Tulajdonképpen tökéletes meglepetésként jött létreaz elmúlt évtizedben az alkalmazások harmadik nagypiaca, a navigáció és helymeghatározás mûholdaksegítségével. Az eredetileg kifejezetten katonai célralétrehozott, amerikai GPS-rendszer olyan hasznosnakbizonyult, hogy, mindenféle korlátot áttörve, széleskörben elterjedt az egész világon (bizonyos mértékigkiegészítve az orosz GLONASSZ-rendszerrel). Éppena katonai jelleg miatt ez megmaradt ugyan ingyenesszolgáltatásnak, de a hozzá tartozó GPS-vevôberende-zések, szoftverek már üzleti alapon kerültek forga-lomba. Ez óriási piaccá vált, különösen amióta nem-csak hajók, repülôgépek és mûholdak, hanem sze-mélyautók és turisták is GPS-szel navigálnak az or-szágutakon, sôt a városokban is.

Ezek a felhasználók szinte már nem is tudják, hogynemcsak a telefonhívásuk és a televíziójukon láthatómûsor, hanem az autójuk navigálása is mûholdakonkeresztül terjed. Ma már elképzelhetetlen a katasztró-faelhárítás, a környezetvédelem, a térképészet, a vá-rostervezés, az ásványi kincsek feltárása, a vízgazdál-kodás, az óceanográfia, de még a nagyüzemi mezô-gazdasági termelés is ûrtechnika nélkül. Az alkalma-zások száma gyorsan növekszik, és egyben gyorsannô azon (fôleg fejlôdô) országok száma is, amelyek azûrtechnikát veszik igénybe napi gondjaik megoldásá-

hoz. A rendelkezésre álló, néhány deciméter felbontá-sú ûrfelvételek mindenütt sikerrel alkalmazhatók,ahol a helyzetet gyorsan és megbízhatóan – esetlegnehezen megközelíthetô területen – kell felmérni. Haviszont felhôk akadályozzák az optikai ûrtávérzéke-lést, akkor be lehet vetni az egyre elterjedtebb radar-holdakat. Nagy jövô elôtt áll az utóbbi két alkalmazás,vagyis a távérzékelés és a navigáció összekapcsolásaegyetlen rendszerré: a felhasználó a kézben tarthatómûszerrel nemcsak felülrôl látja környezetét, hanempontos helyzetét is ismeri a terepen.

De az ûralkalmazások területe sem csak sikertörté-net. Emlékezetes például, hogy 1999 körül a nagyszá-mú, alacsony pályán keringô közvetítô holdra alapo-zott közvetlen telefonrendszerek (Iridium, Global-star ) csôdbe mentek, mert a piac nem igényelte ezt aviszonylag drága szolgáltatást. Az egész ûripar majd-nem belerokkant ebbe a tévedésbe. Sajnos könnyenlehet, hogy a közeljövôben Európa is hasonlóannehéz helyzetbe kerül, ha az európai navigációs hol-dak rendszere, az évek óta drágán kifejlesztett Gali-leo -program elakad.

Vannak olyan lehetséges alkalmazási területek is,ahol – a korábbi várakozások ellenére – még kísérletiprogramok sem indultak. Ilyen például az olcsó éstiszta energia termelése a világûrben, és lesugárzásaföldi hasznosításra. De abból sem lett semmi, amit aSzovjetunióban terveztek, hogy hatalmas tükörmûhol-dakkal biztosítják a távoli északon fekvô városaikközvilágítását. Ennél reálisabb célkitûzés volt, hogy azûrállomások fedélzetén végzett anyagtudományi kí-sérletek eredményeképpen kedvezô tulajdonságú újanyagok születnek, és ezért érdemes magántôkévelgyártókapacitást telepíteni a világûrbe. Mindez azelmúlt évtizedekben nem valósult meg, sôt talán mégazt is kimondhatjuk, hogy közelebb sem került amegvalósuláshoz. Mindezek ellenére az ûralkalmazá-sok területe gazdaságilag sikeresen fejlôdött az elmúltévekben is, mint ezt a 6. ábra bizonyítja.

Emberek a világûrben

Ez az egész ûrtevékenység legvitatottabb és legellent-mondásosabb területe. Mindenekelôtt azért, mert anagyhatalmak állami ûrköltségvetésük túlnyomó részéterre fordítják, ugyanakkor az eredményesség megkér-dôjelezhetô. Mivel külön tanulmányt igényelne annakvizsgálata, hogy mennyire hasznos vagy haszontalan azember jelenléte a világûrben (egyrészt gazdasági, más-részt politikai, illetve stratégiai szempontból), ezértmost csak arra szorítkozunk, hogy áttekintsük a sikere-ket és a kudarcokat ezen a területen is.

Sikernek tekinthetô, hogy emberek jelenléte a vi-lágûrben folyamatossá vált az elmúlt fél évszázadban.Elôször a Mir, majd a Nemzetközi Ûrállomás lakóibizonyították, hogy egyrészt a különbözô nemzetisé-gû és kultúrájú ûrhajósok képesek békésen és harmo-nikusan együtt dolgozni, másrészt azt, hogy a világûr-ben való tartózkodás (a súlytalanság, a magasabbsugárzási szint stb.) akár egy éven keresztül is elvisel-

ALMÁR IVÁN: AZ URKORSZAK ELSO FÉLÉVSZÁZADA 293

hetô, nincsenek visszafordíthatatlan, káros hatásai. Az

7. ábra. Charles Simonyi/Simonyi Károly, az ûrturisták egyike

a félezer ûrhajós, aki eddig kipróbálta a súlytalansá-got, vitathatatlanul sikeresen és eredményesen végez-te munkáját – mind az ûrállomások belsejében, minda szabad világûrben, mind a Hold felszínén. Nem raj-tuk múlott, hogy ezen a területen immár évtizedek ótastagnál a fejlôdés, hiszen ma is csak 2–3 ûrhajós dol-gozik egyetlen ûrállomáson, akárcsak húsz–harmincévvel ezelôtt. Ez a tény önmagában is ellentmondminden tervnek és elôrejelzésnek.

Egyébként az, hogy jelenleg egyetlen építményben,az épülô Nemzetközi Ûrállomáson koncentrálódik min-den infrastruktúra, amely embereknek a világûrbenvaló tartózkodásához szükséges, önmagában is világo-san jelzi a program sérülékenységét és veszélyeit. Való-színû, hogy ha a Nemzetközi Ûrállomással komolyabbbaleset történne, akkor évtizedekre megszakadna azegész emberes ûrprogram, mivel sem tartalék létesít-mény, sem pénz nem lenne a kiesett kapacitás pótlásá-ra. Ugyanakkor jelenleg minden hivatalos, távlati ûr-program (Space Exploration, illetve Global ExplorationStrategy ) ûrbeli felfedezôutakat, holdbázisok építését,sôt Mars-utazást tervez a következô két évtizedben.Lesz ebbôl egyáltalán valami? A kérdés jogos, mert azexploration program még egyáltalán nem jutott túlazon a kritikus ponton, ahonnan kezdve befejezni márkönnyebb, mint leállítani. Mindenesetre növeli az esé-lyeit, hogy idén május 31-én a világ 14 legnagyobbûrügynöksége együttmûködési megállapodást (GlobalExploration Strategy) írt alá, amely lényegében a NASA„space exploration” programjának közös megvalósítá-sára vállalkozik. Bár a megállapodás részleteket nemtartalmaz, jelentôsége mégis óriási a 21. század ûrhajó-zási kilátásai szempontjából. (Megemlítjük, hogy a ma-gyar sajtó errôl a megállapodásról nem tartotta érde-mesnek beszámolni.)

A space exploration „víziója”, amelyet Bush elnökmég 2004 januárjában jelentett be, az elmúlt két évbenformát öltött, és terv jellegûvé vált. Már ismeretes, hogymilyen új ûrhajókat és hordozórakétákat rendel a NASAa Hold-utazás megvalósítására, mintegy 2020-ig elké-szült a menetrend tervezete is, és most, ezzel a megál-lapodással a program „nemzetköziesítése” is megkez-dôdött. Mindez nem jelenti azt, hogy az egész feltétle-nül úgy fog megvalósulni, ahogy napjainkban a NASAtervezi. A Nemzetközi Ûrállomás építésének eddigihányatott története tanulságos példa arra, hogy mirelehet számítani: gazdasági és politikai problémák, bal-esetek hátráltathatják az elôrehaladást, ennek eredmé-nyeként pedig csökkenhet, illetve idôben eltolódhat azegész program. A Challenger, illetve a Columbia tragé-diái annak idején nemcsak évekre leállították, de alap-vetô veszélybe is sodorták az emberes ûrprogramotannak ellenére, hogy ilyen jellegû baleseteket elevekizárni, lehetôségét tagadni naivitás lenne.

Véleményem szerint e fontos terület, vagyis az em-beres ûrprogramok küszködése az elmúlt évtizedek-ben alapvetôen arra a tényre vezethetô vissza, hogy alegutóbbi idôkig szinte csak két nagyhatalom (USA,Oroszország) állami ûrköltségvetése volt az egész

vállalkozás alapja. Kína belépése szerény mértékbenugyan, de kétségkívül változtatott a helyzeten. Ugyan-akkor nyilvánvaló, hogy a korábban tárgyalt másikhárom területen – hordozórakéták, ûrtudomány, ûral-kalmazások – sokkal szélesebbek a felhasználhatóforrások: mindenekelôtt a magántôke, de a kisebbországok széles skálájának szerényebb, de összessé-gében jelentôs ûrköltségvetése is.

Milyen megoldás lehetséges annak érdekében,hogy az emberes programok sérülékenysége meg-szûnjön, és a fejlôdés folytatódjon? (Tekintsünk mostel azon kisebbség véleményétôl, amely legszíveseb-ben teljesen leállítaná az emberek repüléseit a világ-ûrben!) Tökéletes megoldás – mint ez a másik háromterületen is bebizonyosodott – nem létezik, de az otta-ni tanulságok hasznosíthatók lehetnének. Ilyen pél-dául a több forrásból származó költségvetés szüksé-gessége, a magántôke bevonása, a piac igényeinekfokozott kielégítése stb.

Az emberes ûrprogram esetében a kínálkozó lehe-tôség az ûrturizmus (7. ábra ) elterjedése lehet. Mégnem említettük, de az utóbbi néhány év fontos fejle-ménye, hogy néhány gazdag civil – horribilis össze-gért – látogatást tehetett a Nemzetközi Ûrállomáson.Az, hogy ezekre a számunkra felfoghatatlanul drágautakra bôven akadt jelentkezô, és öt személy különö-sebb probléma nélkül végre is hajtotta már az ûruta-zást, ígéretes fejlemény. Ugyanakkor elsôsorban azUSA-ban, de újabban másutt is folyik ûrturisták tobor-zása új fejlesztésû hordozóeszközökkel (lényegébenkis ûrrepülôgépekkel) történô „ûrugrásokra”, leg-alább 100 km magasságig (8. ábra ). A jegyek ára nemolcsó, de töredéke az igazi ûrturizmusra vállalkozóké-nak. Új-Mexikóban számukra speciális, kereskedelmiûrrepülôtér is létesül. Mindez igazából csak áttétele-sen kapcsolódik az „emberes ûrprogramok” témakö-réhez, mivel – mint említettük már – jelenleg csak aztekinthetô ûrhajósnak, aki jármûvével legalább egy-szer megkerüli a Földet. A 100 km-es magasság hiva-talosan nem számít a világûr határának. Ennek elle-nére az „ûrugrások” tömeges végrehajtását ígérô ma-gáncégek (Scaled Composites, Planetspace, Rocket-plane, sôt az európai EADS is) segíthetnek abban,hogy meginduljon a magán-hordozóeszközök párhu-zamos fejlôdése. A kezdeti ûrugrások tömeges sikereesetén azután az egész „orbitális ûrturizmussá” fejlôd-

294 FIZIKAI SZEMLE 2007 / 9–10

hetne, saját hordozóeszközökkel, „ûrhotelekkel” és

8. ábra. SpaceShipOne, az elsô magán-ûrrepülôgép

infrastruktúrával. Természetesen ez a lehetséges ûrtu-ristaprogram szintén csak a kezdet kezdetén tart még,és – akárcsak a „space exploration” maga – bármikorelakadhat, akár egy baleset hatására, akár gazdaságiokokból. Hozzáteszem, hogy ezen a területen a jogiszabályozás is nagyon hiányos még: a világûrjog,amely lényegileg a hetvenes évek óta stagnál, és nemállt elô egyetlen új, kötelezô érvényû nemzetközimegállapodással sem, adós még e tevékenység szabá-lyainak megalkotásával.

Így áll tehát az ûrtevékenység ötven évvel a kezde-tek után. Nagy kérdés, hogy az ûrkorszak adott-e új,globális identitást az emberiségnek, vagy csak a ver-sengést, s vele együtt a nemzeti identitásokat erôsítet-te? A történészek feladata lesz, hogy tisztázzák az ûr-történelem és a nemzeti történelmek kapcsolatát, illet-ve összefüggését az olyan folyamatokkal, mint a glo-balizáció. Annak eldöntése is a történészek feladata,hogy milyen politikai és gazdasági szerepet játszott azûrtevékenység a hidegháború korszakában, illetve azazt követô idôszakban. A magam részérôl meg vagyokgyôzôdve arról, hogy az elmúlt fél évszázad történetenem írható meg anélkül, hogy értékelnénk a világûrbevaló kilépés következményeit és tanulságait.

IrodalomAlmár I.: Kutatómunka mesterséges holdakkal. Fizikai Szemle 7/2–3

(1957) 53.Almár I.: Új problémák és eredmények az asztronautika területén.Fizikai Szemle 9/10 (1959) 299.

Almár I.: A Hold, a bolygók és a csillagok vizsgálata az ûrkutatáseszközeivel. Fizikai Szemle 21/8 (1971) 248.

Almár I., Both E.: A magyarországi ûrtevékenység dióhéjban. Fizi-kai Szemle 54/3 (2004) 73.

Almár I., Galántai Z.: Ha jövô, akkor világûr. Typotex, Budapest,2007.

Horváth A., Szabó A.: Ûrkorszak. Ekren, 2007.

KUTATÁS – VERSENYKÉPESEN

Az MTA Mûszaki Fizikai és Anyagtudományi Kutató-intézet 2007. októberében ünnepli jogelôdje, az MTAMûszaki Fizikai Kutató Intézete alapításának 50. év-fordulóját. Ez egybeesik az MTA intézethálózati kon-szolidáció során a másik jogelôddel, a KFKI Anyagtu-dományi Kutató Intézettel végrehajtott egyesítés 10.évfordulójával. Köszönjük a Fizikai Szemle szerkesz-tôségének a lehetôséget, hogy a rendszeres publiká-ciós megjelenéseken túl ebbôl az alkalomból kon-centráltan is bemutatkozhatunk.

A jubiláló intézmény történetének áttekintése he-lyett álljon itt néhány, az alapítással kapcsolatos citá-tum. Az alapító igazgatónak, Szigeti György akadémi-kusnak az MTA Mûszaki Osztályához címzett, az ala-pítás szükségességét szakmailag megindokoló elôter-jesztésébôl idézünk 1956-ból:

„Az anyag szerkezetének megismerésére irányulófizikai és kémiai kutatások eredményeképpen azutóbbi évtizedben olyan eszközök (anyagok) kerültekkifejlesztésre, melyek a híradástechnika, kohászat,villamosenergetika és a mûszaki élet egyéb területeinforradalmi változásokat hoztak létre, illetve az eddigielôjelek szerint létre fognak hozni.

Ilyen eszközök többek között:a) A tranzisztorok, melyek nagyon sok területen az

elektroncsöveket fogják kiszorítani; fûtôáramot nem igé-

nyelnek, anódfeszültségük töredéke az elektroncsöveké-nek, méretük rendkívül kicsiny, élettartamuk nagy.

b) Erôsáramú félvezetôk és egyenirányítók, 97–99%egyenirányító hatásfokkal, 6–8 A/cm2 egyenirányítottárammal. Hírek szerint ezeket elektromos mozdonyoktápáramának egyenirányítására szándékoznak fel-használni, ami által nagymértékben egyszerûsödne azelektromos vontatás kérdése.

c) Félvezetôk segítségével sikerült fényelemeketelôállítani, amelyek a napfényt (jelenleg) maximum11%-os hatásfokkal alakítják át közvetlenül elektro-mos energiává 110 W/m2 energiasûrûséggel, és így ajövô energiaellátása szempontjából esetleg az atom-energiával egyenlô súllyal veendôk tekintetbe.

d) Kísérletek folynak világszerte, amelyek arra lát-szanak utalni, hogy a félvezetôk szerepe a világítás-technikában is döntô jelentôségû lesz (elektrolumi-neszcencia).

e) Nagyon tiszta fémek és félfémek elôállítása, vizs-gálata és ennek keretében a zónatisztítás és vákuum-olvasztás technikájának alkalmazása. […]

E problémakörrel való foglalkozás többek közöttazért kíván feltétlenül külön intézetet, mert a problé-mák és a kutatási módszerek alapvetôen különböz-nek a fizikában és kémiában eddig megszokottaktól.E területen a kutatás az anyagtól kémiai tisztaság és

KUTATÁS – VERSENYKÉPESEN 295

fizikai egyenletesség szempontjából több nagyság-renddel mást kíván, mint amit a korábbi követelmé-nyek támasztottak.”

A fentiek minden értékelésnél ékesszólóbban tanú-sítják a javaslattevôk bölcsességét, távolbalátását és amegfogalmazott szemlélet- és közelítésmód idôtálló-ságát. Nem az intézet munkatársain és nem is a felvá-zolt területen dolgozó kutató-fejlesztô gárda lelkese-désén, felkészültségén és hozzáértésén múlt, hogy aMikroelektronikai Vállalat 1986-os tûzesete kapcsánaz egész magyar félvezetôipar és mikroelektronikaikutatás-fejlesztést ért végzetes csapás következtébena koncepció nem tudott kiteljesedni az élet által iga-zolt vízió szerint. Hazánkban a félvezetôk kutatásaméltatlanul szorult háttérbe, például máig sem mûkö-dik dedikált félvezetô-fizika tanszék egyik tudomány-egyetemünkön sem.

Az 1998-as intézetegyesítés során az MTA Közgyûlé-se által az MTA MFA számára jóváhagyott közfeladat-ként ellátandó alaptevékenység jelentôsen módosult:

– Alap- és alkalmazott kutatás végzése az anyagtu-domány és a mûszaki fizika területén elôírt szerkezetûés funkciójú anyagok és eszközök létrehozása, alkal-mazása, valamint a kapcsolódó eljárások tudományosalapjainak feltárása érdekében;

– Szakemberképzés, szaktanácsadás a magyar tu-domány képviselete a mûvelt területeken.

A 150 fôs MTA MFA 1,6 Mrd Ft éves mûködési költ-ségének csupán 35%-át kapta központi támogatásként2006-ban. Az MFA 95 kutatója a nano-, opto-, bio-, ésmikrotechnológiai területek átfedésébôl kialakuló,rengeteg izgalmas új kihívást jelentô, de nagy prepa-ratív és analitikai infrastruktúra mûködtetését igénylômultidiszciplináris kutatási területen a további szük-séges forrásokat hazai és nemzetközi pályázatokból,ipari szerzôdésekbôl biztosítja – egyre nehezebben.

Ötven év elmúltával jólesôen állapíthatjuk meg,hogy a kiváló tudományos iskolák, az itt nevelkedetttudósgenerációk és kiterjedt nemzetközi szakmaikapcsolatrendszerük révén intézetünkben minden ne-hézség ellenére sikerült számos kiemelkedô tudomá-nyos eredményt elérni, melyek küldetésünk sajátossá-gánál fogva a hazai gazdaság versenyképességét isjavították. Ezt kívánják munkatársaink néhány múlt-beli és aktuális kutatási téma ismertetésével – egye-bek közt az elektronspektroszkópia, mágnesség, ion-sugaras analitika, spektroellipszometria, illetve nano-strukturálás területén – szemléltetni.

Budapest, 2007. októberKádár György, Bársony István

EGYESÜLT ANYAGTUDOMÁNYAz izzólámpától a nanocsövekig Gyulai József

KFKI Mikroelektronikai Kutató Intézet, MKI, (1991-ig),KFKI Anyagtudományi Kutató Intézet, ATKI (1997-ig),

Muszaki Fizikai és Anyagtudományi Kutató Intézet, MFA (1999-tól)

A kilencvenes évek elején két intézet korábbi súly-pontjait újra kellett gondolni, mert nemcsak az ATKItermékpalettája irányult a keleti piac felé, de az MFKI1

1 Mûszaki Fizikai Kutató Intézet2 Központi Fizikai Kutatóintézet

sok terméke is piacát vesztette. Világos volt az is,hogy két, a tudománypolitika szóhasználatában azo-nos, illetve hasonló profilú „anyagtudományi” intéze-tet az MTA aligha fog finanszírozni. Emellett mindkétintézet azon intézetcsoporthoz tartozott, amely vitáli-san függött a zuhanórepülésben lévô külsô, illetveipari finanszírozástól.

Az MTA-ban ekkoriban lett megítélési prioritás aszcientometria. Ebbôl a szempontból mindkét intéz-ményben csak korlátozottan voltak olyan szakmai isko-lák, amelyek kiállták ezt a próbát: a vékonyréteg-felü-letfizika, valamint az elméleti (statisztikus) fizika azMFKI-ban és az ionimplantáció (benne az ellipszomet-ria ilyen célú alkalmazásával), valamint a mágneses ku-tatások az ATKI-ban. A preparatív szakmák, a hozzájuktartozó, rengeteg személyes intuícióval létrehozott ésfenntartott, minôsített légállapotú laborral, amelyek a

felszerelés évekkel való lemaradása, elöregedése miatt– ne szépítsük – általában csak „követô” kutatásra le-hettek képesek, veszélybe kerültek. A hivatkozási, társ-szerzôi szokások miatt még az élvonalbeli kísérleteketlehetôvé tevô mintákat elôállító laborok is csak ritkánkapják meg a megérdemelt „kreditet”.

A két intézet múltja, kapcsolatai ugyan sok pozitíveseményt rejtettek, de ellentmondásosak is voltak.

Újpest és Csillebérc – a korábbi kapcsolatok

Gyulai József saját személyében sokat köszönhetett azMFKI-s kollégáinak – már a szegedi életében. Késôbb,a félvezetô-tematikai „területkartell” KFKI-s áthágásamegnehezítette számára a helyzetet – pláne, hogy ki-csin múlott, hogy nem „KFKI-ba delegált MFKI-mun-katársként”, hanem KFKI-sként indította meg itthon afélvezetôs implantációs kutatásokat. Érthetô, hogyfolyamatosan igyekezett a helyzet élét tompítani.

Ennek megfelelôen már az 1974-es esztendôbendelegált az MFKI vendégkutatót a KFKI2 ImplantációsCélprogramjához, Hermann László személyében, aki

296 FIZIKAI SZEMLE 2007 / 9–10

az implantált rétegek elektromos minôsítésébe kap-

1. ábra. Nagyfelületû pn-átmenet n-, illetve p-típusú szeletek direktkötésével való elôállítása. (Az illesztés 1,5°-os, nem-szándékos rotá-ciós hibája miatt, ahogy az várható is, minden 40. atomnál diszloká-ció keletkezett; Pécz B., Gyulai J., Wiget R., Burte E.P.: Silicon directwafer bonding, a TEM study. Proc. EUREM-11, Dublin, 1996, Vol.II. pp. 638–639.)

csolódott be, segített a méréstechnika helyi felépíté-sében is.

A munkából egy, sajnos „túlságosan is korai”, azazakkor elsikkadt, a Physica Status Solidiban megjelentpublikáció született, amelyet – mai definícióval – akombinatorikus anyagtudomány egyik elsô megvaló-sulásának nevezhetünk. Az „anódos oxidációnak”ugyanis egy olyan változatát ismertük fel és valósítot-tuk meg 1974-ben, amelynél a szilíciumcsíkot egyen-letes sebességgel mozgatva merítettük be az anodizá-ló oldatba. Ekkor, a mozgatás révén, az oxidréteg ék-alakban lineárisan vastagodva nôtt. Ezt az ékalakúoxidot eltávolítva, mindmáig rekordot jelentô kicsiny’menedékességû’ „ferdecsiszolat” állítható elô, ami amai IC-méretekhez3 kiválóan illeszkedik.

3 Integrated Circuit – integrált áramkör4 Silicon-On-Sapphire5 Rutherford Backscattering Spectrometry, az oxigénatomokon a2,03 MeV energiájú alfa-részecskék rezonáns hatáskeresztmetszetetmutatva szóródnak.

A késôbbiekben sok közös cikk született a két inté-zet munkatársainak együttes munkája eredményeként– néhány példát kiragadunk. Az 1. ábra egy kiemel-kedô mikroszkópos teljesítményt mutat be. Nagy tel-jesítményû diódák elôállítását célozták akkoriban a p-és n-típusú szeletek direkt szeletkötéssel való „össze-ragasztására” végzett kísérleteink. Ez az egyik esetbena két szelet hôkezelésekor kis mértékben (1,5°) elfor-dult. Pécz Bélának sikerült a mintegy fél mm vastagdiódaszerkezet közepén a félreorientálódás miatt pe-riodikusan fellépô diszlokációkat megtalálnia!

A Silicon-On-Insulator (SOI), amely a SOS-nek4 anyolcvanas években kutatott több variánsát jelentette– esetünkben a lézeres olvasztásos laterális epitaxiá-ról volt szó – szintén jelentôs kooperációvá nôtte kimagát.

Hasonlóan, az MFKI III–V félvezetô eszközkutatá-sai jól tudták hasznosítani a KFKI-ban kifejlesztettanalitikai eljárásokat. Több közös publikáció születetta GaAs-eszközök kontaktusainak kialakítására is, avékony oxidrétegeknek úgynevezett rezonancia-RBS-szel5 való kimutatására, valamint a gyorsan fejlôdôKFKI-s ellipszometriai készség és tudás hamar megta-lálta az MFKI kutatóit, mint együttmûködô partnere-

ket a III–V-típusú félvezetôs programjaik támogatásá-ban: Fried M., Horváth Zs. E., Jároli E., Lohner T.,Mezey G., egyfelôl, Barna P. B., Farkas-Jahnke M.,Pécz B., Radnóczi Gy., Somogyi M., Veresegyházy R.,Tóth A. másfelôl.

Az „Eötvös” Ûrtechnológiai Program

A két intézet hivatalosan is intenzív együttmûködésétez a program jelentette.

Anekdotaszerûen: az, amikor az Interkozmosz ja-vaslatokat kért a szovjet–magyar ûrrepülés kapcsánvégrehajtandó magyar kísérletekre, éppen akkor volt,amikor egy amerikai gimnazista diák a pók hálóépíté-si képességének a súlytalanság közepette való vizsgá-latát javasolta. A KFKI félvezetôs kutatói ezt tekintet-ték zsenialitási normának – nem is javasoltak ûrkísér-letet. 1979 ôszén azonban az Interkozmosz szervezetkifogásolta, hogy hazánk nem tett javaslatot az ûrke-mencében végezhetô technológiai kísérletre.Szabó Ferenc akkori KFKI fôigazgató Gyulai Józse-

fet küldte ki Moszkvába ennek a korrigálására, akiFuchs Erik professzort találta ott, a „BEALUCA” prog-ramjavaslattal. Mikor a „SZPLAV” ûrkemence mûszakiparaméterei kiderültek, látszott, hogy a KFKI Implan-tációs programjának szilíciumos témáihoz értelmesenilleszkedô kísérletet azzal aligha lehet végezni. Azalacsonyabb olvadáspontú III–V-vegyületek, azaz azMFKI súlyponti anyagai azonban lehetôséget kínáltak.Akkoriban telefonbeszélgetésre még nem lehetettgondolni, ezért Gyulai József helyben megfogalma-zott három kísérletet, amelyben azonban kardinálisanaz MFKI kutatóira, az ô „igen”-jükre kellett számíta-nia. Nevet is adott a programnak, az „ötvözés”-re isutalva, „Eötvös” Programnak nevezve.

A három kísérlet:• Fluxszal való folyadékfázisú epitaxiás (LPE)

GaAs-növesztés „félszigetelô” GaAs-re,• GaSb mag nélküli kristályosítása (e két kísérlet

akkor újdonság volt),• kontrollképpen megismételni a NASA InSb nö-

vesztési ûrkísérletét.Nagy örömére itthon Lendvay Ödön és munkatár-

sai teljes mellszélességgel a javaslat mellé álltak, ésgyors tempóban elindultak az elôkészítô munkák,amelyekben a kristályok elôkészítését az MFKI, az ûr-kapszulázás, biztonságtechnika, kapcsolattartás aKFKI feladata lett.

Érdekességként említjük, hogy a biztonságtechni-kai kérdések, de az esetleges sikertelenség esetére aszovjet oldali felelôsség elhárítása miatt is emlékeze-tesek Fuchs Erik és Gyulai József vitái az Interkoz-mosz munkatársaival, például a kemence hômérsék-letének kontrollja ügyében. Azt kérték, mi mondjukmeg, milyen hômérsékletet állítson be Farkas Berta-lan a kemence kontrollpaneljén. Szerintünk a mi fel-adatunk csak a kapszula belsô hômérsékleti mezôjé-nek megtervezése volt – az, hogy milyen feliratú gom-bot kell megnyomni, az ô felelôsségük. Nem adtak

GYULAI JÓZSEF: EGYESÜLT ANYAGTUDOMÁNY 297

ugyanis lehetôséget olyan földi kísérletekre, amellyel

2. ábra. A kapszulanyitás az Eötvös-kísérletben: az acélkapszula,alatta a kissé kihúzott kvarcampulla, azután a fedél és a GaSb am-pulla, végül a GaAs ampulla.

a kontrollpanelen beállított és a kapszulában létrejövôhômérséklet kapcsolatára egyáltalán következtetni le-hetett volna. Ez okozta végül, hogy a GaAs-kísérletnél„elszaladt” a hômérséklet. A két másik növesztésazonban sikeres lett, amint fentebb írtuk, több cikketeredményezett az elkövetkezô években – bár végigabban a tudatban kellett dolgoznunk, hogy folytatásraaligha lesz lehetôség (2. ábra).6

6 Ebben, szerencsére, tévedtünk: a két program közös konklúziójaugyanis az volt, hogy a szovjet ûrhajók klímái 10−3 g körüli rezgéstokozva, zavarják a kristályosodást. Fuchs Erik ötlete volt, hogy me-chanikai mozgás nélküli kemencét kellene építeni, a zónák hômér-sékletét komputeres vezérléssel kell megoldani (ez 1982-ben márreális lehetôségnek látszott) és egy külsô platformra kitenni. Innenindult el a máig sikeres hazai ûrkemence-program (ma a MiskolciEgyetemen).

A „végkifejlet”: az MFA létrejötte

Már a kilencvenes évek elején beszédtéma volt az in-tézetek igazgatói között, hogy a hazai anyagtudomá-nyi, ebben a félvezetô, optikai, fémkutatásoknak asúlya jelentôsen megnône, ha az MFKI és az ATKI kö-zös telephelyen folytatná a tevékenységét. Abban isegyetértés volt, hogy a kilencvenes évek eleji tudo-mánypolitikai helyzetben a KFKI Campus lenne ajobb telephely, de – és ebben sem lehetett a két igaz-gatónak egyet nem értenie – a költözésre az MFKImunkatársainak csak egy töredéke vállalkoznék, elsô-sorban a lakáshelyzetük miatt. Emellett volt olyanpszichológiai gát is, hogy az MFKI, átgondoltabb tu-dománypolitikája eredményeképpen, több tudomá-nyosan minôsített munkatárssal rendelkezett, így amunkatársak tartottak attól, hogy egy új telephelyenvalamiféle „alárendelôdés” következnék be. Ennek el-lenére tárgyalt a két igazgató az MTA fôtitkárával, ér-deklôdött a költözés anyagi fedezetének biztosításá-ról. A válasz azonban ekkor csak nemleges lehetett.

Pár évvel késôbb viszont, az intézetkonszolidációidején, 1997-ben, a kérdés élesen vetôdött fel. Határo-zott szándékot láttunk az MTA Konszolidációs Bizott-ságában a Fóti úti telephely felszámolására, és mindaz MFKI, mind az ATKI esetében a jó szakmai csopor-toknak valamelyik KFKI-intézetbe történô beolvasztá-sára, a többi részlegnek a felszámolására. Az indítóátvilágításnál ugyanis az 1992–95-ös idôszakot vettékalapul, amikor az ATKI-beli változások – például a tu-dományos fokozatszerzés központba állítása – mégéppen csak elkezdôdhettek, illetve azok hatása mégalig jelentkezhetett a szcientometriai mutatók terén.Az alkalmazott kutatást célnak tekintô korábbi éveksorán ugyan született sok-sok publikálható, illetvedisszertálásra alkalmas eredmény, de ezek beérleléséta határidôs feladatok általában, és éppen a „legjobbanhúzók” esetében, megakadályozták.

A döntô érvelés, amely az önálló intézeti létért valólobbizást motiválta az volt, hogy az ATKI unikális tisz-ta laborját a két intézet „jó” részlegeit befogadni kész

KFKI intézetek (SZFKI, RMKI) akkori vezetôi – a laborfenntartásának költségességére hivatkozva – nem vál-lalták. Végül sikerült az MTA vezetését és mindkét fe-lelôs tudományos Osztályt (Mûszaki, illetve FizikaiTudományok Osztálya) meggyôzni egy komplexanyagtudományi intézet szerepének fontosságáról.Ezek után döntött a Konszolidációs Bizottság a KFKItelephelyen való egyesülésrôl. Pénzügyi-technikaiokok miatt olyan döntést kellett azonban hoznia,amely szerint a KFKI-ATKI szûnik meg jogutód nél-kül, és az MFKI jogfolytonosan, új telephelyen és név-vel, MTA Mûszaki Fizikai és Anyagtudományi Kuta-tóintézetként, folytassa a munkáját az ATKI munka-társaival vegyülve. Ezzel megkapta mindkét intézet azesélyt, hogy az értékeik szinergikusan átmentôdjenek.

A két igazgató megegyezett, hogy – kinevezettigazgatóként – Gyulai József vállalja az egyesítésszakmailag is nehéz, de emberileg még nehezebb fel-adatát. Sôt, szerette volna a szinergizmust már a köl-tözéskor érvényre juttatni, de a KFKI Campuson ko-rábban kialakult helyzet (alkalmasan átalakítható épü-letek léte, bérlôkkel kötött szerzôdések, illetve pénz-ügyi korlátok) csak mértékkel tette lehetôvé a szigo-rúan tematikus elhelyezést.

Az emberi, lelki gondot az okozta, hogy a megadottkonszolidációs létszám mintegy százhúsz fôvel voltkevesebb a két intézet együttes létszámánál. Az egyesí-tés szinte lehetetlen, a katasztrófát súroló feladata ami-att volt egyáltalán vállalható, mert bekövetkezett az azelôre is látott gond, hogy az újpesti illetôségû technikaiszemélyzet megretten a közlekedési nehézségektôl ésinkább a végkielégítést választja. A kutatók átköltözte-tése 1997 végén – néhány fájdalmas döntéstôl eltekint-ve – megoldható volt. Így, 1998 elsô munkanapján, egyintézeti gyûléssel megkezdôdött a közös élet. A segéd-erôk hiánya nehezen, de például nyugdíjas foglalkozta-tásokkal, preferált felvételekkel lassan enyhült.

Az intézetek szinergikus megerôsödésében voltmég egy fontos faktor. Az ATKI-ban már korábban isjól szervezett szemináriumi élet folyt, hetenkénti,külsô-belsô elôadókkal, Kádár György szervezésé-ben. Természetesen kínálkozott ennek az MFA-ra valóátvitele, továbbéltetése. A rendszeres, szinte kimara-dásmentes, tematikailag tudatosan vezérelt programeredményesen hozzájárult az egyesült intézetek öszszeforradásához.

Külön meg kell említeni Somogyi Istvánné t – egy

298 FIZIKAI SZEMLE 2007 / 9–10

Külön meg kell említeni Somogyi Istvánné t – egymegszûnô KFKI-intézet, az MSzKI7 korábbi gazdasági

7 KFKI Mérés- és Számítástechnikai Kutató Intézet8 MetalOrganic Chemical Vapor Deposition9 Hányódtunk, de nem merülünk el…

vezetôjét –, aki vállalkozott a gazdasági igazgatói sze-repre, és aki le tudta vezényelni mind pénzügyileg,mind humánpolitikai ügyintézôként a rövid távonrendkívül hálátlan feladatot.

Az MFKI laborjai, témái közül néhány azonban fel-számolódott, átalakult, például kisvállalattá. A legna-gyobb költözési veszteség két MFKI-s témát érintett: avegyületfélvezetô kutatást, ugyanis az úgynevezettMOCVD-technika8 áttelepítésének környezetvédelmiszempontjai a budai hegyekben teljesíthetetlennek bizo-nyultak (csak az LPE-technikát tudtuk áttelepíteni), va-lamint a magas olvadáspontú fémek kutatásának témá-ját. Ez utóbbi, korábban súlyponti és rendkívül sikeres

témánál az ipari érdeklôdés lecsökkenése és a tudomá-nyos utánpótlás szinte teljes hiánya miatt kellett a labo-ratóriumok áttelepítésétôl eltekinteni. De a leginkábbértékesíthetô eredményt, a környezetbarát volfrám-, il-letve molibdén-visszanyerésnek a szabadalomértékûmegoldását (Vadasdi Károly) egy, az MFA-val szorosegyüttmûködésben álló kisvállalkozásban (Tungslab)sikerült túléltetni és sikerre is vinni.

A jelen összeállítás további fejezetei alapján a Tisz-telt Olvasó eldöntheti, hogy a küzdelem megérte-e?Különösképpen ma, az új, az uniós Magyarországgazdasági nehézségeinek kulminálása idején éles akérdés, amikor a következô ötven év elérését kell amai vezetésnek a célkeresztbe állítania – a szakmánakaz emberiség összérdekében játszott szerepe fontos-ságának tudatában.

A tudásunk ma is eladható – és ezen írás idején lát-szik, hogy az ötven év beérett.

„Fluctuavimus, nec mergimur”9

ELEKTRONTRANSZPORT-PARAMÉTEREK MEGHATÁROZÁSAA LEED-tôl az EPES-ig Gergely György, Gurbán Sándor,

Sulyok Attila, Menyhárd MiklósMTA Muszaki Fizikai és Anyagtudományi Kutatóintézet

Hazánkban a felületfizikai kutatások 1968-ban kez-dôdtek. 1967-ben Szigeti György akadémikus javasla-tunkra jóváhagyta egy akkor korszerû, ultravákuum-ban (10−10 mbar) mûködô, fékezô rácsos analizátor(RFA) beszerzését, amit 1968-ban üzembe helyeztünk.A nemzetközi felületfizikai kutatások atomosan tisztafelületeken a 60-as években indultak. A legtöbbetalkalmazott kísérleti módszer a kisenergiájú elektron-diffrakció (LEED) volt. Az 1964-ben induló SurfaceScience folyóirat elsô számában az elsô oldal Farns-worth LEED-közleményével kezdôdik.

1968-ban a felületfizikában forradalmi újdonságvolt L. Harris cikke, az Auger-elektronspektrosz-kópia megjelenése. Ennek nemzetközi jele AES, N.Taylor tól származik, aki a Varian cég LEED-beren-dezését továbbfejlesztve megvalósította, és kereske-delmi forgalomba bocsátotta az elsô Auger-spektro-métert.

Az AES történetérôl közlemény jelent meg a FizikaiSzemlében [1]. Rövidesen a Varian után a VG is elké-szítette a kiegészítô elektronikai egységeket 4 rácsosRFA-spektrométeréhez AES célra. Javaslatunkra Szige-ti akadémikus jóváhagyta VG-spektrométerünkhöz azAES elektronika beszerzését, az akkori devizahiánymiatt azonban ez csak 1973-ban valósult meg [2]. AzRFA-spektrométerek mellett Palmberg (Physical Elect-ronics) már 1969-ben kifejlesztette a hengeres tükör(CMA) spektrométert, nagymértékben javítva az Au-ger-spektrométer energiafeloldását és érzékenységét.A Riber OPC 103 CMA beszerzését az MFKI-ban 1977-

ben sikerült megvalósítani. Ehhez a Riber cég UHV-kamrarajzot is adott. A teljes mérôrendszert az MFKI-ban építettük fel, a Tungsram Kutatóval és a KFKI-valegyüttmûködve. A spektrométer UHV-kamrát BarlaEndre vezetésével Zalaba Andor és munkatársai épí-tették meg, a KFKI elektronikát Tóth Ferenc fejlesztet-te ki számunkra. A KFKI NV-255 szinkron detektorátalkalmaztuk. MFKI-fejlesztés volt a spektrumok felvé-tele analóg üzemmódban [3].

A további fejlesztéssel a KFKI 1024 csatornás ana-lizátorához az MMG SAM 85 kisszámítógépet csatla-koztattuk, így megvalósult a spektrumok automa-tikus gyûjtése és adatfeldolgozása. 1998-ban helyez-tük üzembe a Staib DESA 100 típusú spektrométerét.Nem részletezzük a továbbiakban az alkalmazottmérôberendezéseket. Kutatásaink jelentôs hányadátaz MTA ATOMKI-val együttmûködve végeztük, azATOMKI által kifejlesztett ESA 31 félgömb (HSA)spektrométerrel, melynek kiváló az energiafeloldá-sa, de igen kicsi és energiafüggô a detektálási szög-tartománya.

A felsorolt spektrométerekkel végeztük a felületekés vékonyrétegek kvantitatív AES-elemzéseit, az ener-giaveszteségi spektrometriát, valamint a közlemé-nyünkben ismertetett transzportparaméterek megha-tározását, fôként a rugalmas elektronszórás spektro-metria (EPES) segítségével. A továbbiakban atomosantiszta felületekrôl beszélünk. A közleményünkbenLEED és AES-sel kapcsolatos fogalmak megtalálhatókkét tanulmányunkban [4, 5].

GERGELY GYÖRGY, GURBÁN SÁNDOR, SULYOK ATTILA, MENYHÁRD MIKLÓS: ELEKTRONTRANSZPORT-PARAMÉTEREK MEGHATÁROZÁSA 299

1. ábra. Egy tipikus emissziós spektrum, amit Ep energiájú primerelektronokkal gerjesztettünk.

–

–

–

–

–

80

60

40

20

0

IE()(tetsz. egys.)

– – – –

ELm

Ep

DEe

DEA

EA´10

I Ee p( )

500 1000 1500 2000E (eV)

2. ábra. A polietilén számított és mért REELS–EPES spektruma. Ahidrogén jelenléte miatt észleljük a felhasadást.

–

–

–

–

–

– – – –

2000

1500

1000

500

0

intenzitás(tetsz. egys.)

E (eV)1940 1960 1980 2000

mértmért/16számított

••••

•••

•

•••

••••••••

•••••••

•

•••

•••

•

•••••

••

•

•

•

•

••

•

•

••••

••••

Elektrontranszport-paraméterek

Szilárdtest felületét elektronokkal bombázva a kilépôelektronok folytonos N(E) spektrumot alkotnak, melyrelényegesen kisebb intenzitású csúcsok rakódnak. Az 1.ábra tipikus spektrumot mutat, mely E = 0 és Ep (primér)energia között 3 tartományt fog át. 50 eV alatt szekundérelektronok (SEE) keletkeznek. Az 50 eV ISO-szabvány,ezen elektronok integrálja a szekundéremissziós ténye-zô, anyagi paraméter. Ezzel nem foglalkoztunk.

Az 50 eV – Ep tartományban a folytonos spektrumota visszaszórt elektronok alkotják. A rugalmas+rugal-matlan (energiaveszteséges) szórt elektronok integráljaa visszaszórási hozam (backscattering yield, BY) anyagiparaméter (ISO 18115/5.94:2001), melyet az Ep energiaés a primér elektronok beesési szöge határoznak meg.A teljes féltérre vonatkozik. BY számításával és mérésé-vel gazdag irodalom foglalkozik. Spektrométerünkazonban csak kis szögtartományban detektálja az elekt-ronokat. Saját N (E ) spektrumainkat a Riber OPC 103CMA-val vettük fel [3], a detektálás szögtartománya42±4°, a primér elektronok merôlegesen érik a mintát.Így a detektált elektronok a teljes BY kis hányadát je-lentik csupán. Az N (E ) spektrumokból határoztuk megaz AES anyagi paraméterét, az Auger-visszaszórási té-nyezôt (ISO 11815/5.90) [3]. Az N (E ) spektrumok kvan-tifikálása jelenlegi kutatásaink egyik témája.

Tekintsük át a transzportfolyamatokat. A belépôvagy távozó elektron a felületen energiaveszteségetszenved. Az anyag belsejében kölcsönhat, szóródik azatomokon. A szórás lehet rugalmas (veszteség nél-kül), vagy rugalmatlan. A rugalmas szórás hatáske-resztmetszete nagyobb, mint a rugalmatlané. A kétszórás között megtett közepes úthosszat szabad út-hossznak nevezzük. A rugalmas szabad úthossz λe <λi rugalmatlan szabad úthossz (IMFP). Az elektronpályáján eléri λi-t, majd energiája csökken.

Az elektron pályája folyamán még sok szóródástszenved, energiája eléri a SEE-tartományt. Mindenegyes rugalmas szórási folyamat lényeges irányválto-zást is eredményez, mely végül meghatározza azelektronok szögeloszlását. Egyetlen rugalmatlan szó-rás után az impulzus megmaradása következtében azelektron csekély irányváltozást szenved.

Az elektronok kis hányada (néhány százalék) csu-pán rugalmas szórást szenved, majd eljut a felülethezés kilép. Ezek alkotják a rugalmas csúcsot, energiájukE = Ep. N (Ep ) a legintenzívebb csúcs a spektrumban.A rugalmas csúcs elektron-spektrometria az MFKIeredménye [6]. 1981 óta folyamatosan fejlesztjük, mamár 34 kutatóhely foglalkozik vele, 2006-ban össze-foglaló közleményünk jelent meg [7]. Jele EPES (ISO18115/7.26:2001/PDAM 2).

A transzportfolyamatokat Monte-Carlo (MC) számítá-sokkal szimuláljuk [6]. A MC-analízis felhasználja a NIST(National Institute of Standards and Technology) SRD 64(rugalmas elektronszórás), továbbá SRD 71 (IMFP) adat-tárakat. Az MC-szimuláció a következô kísérleti eredmé-nyekre terjed ki: a teljes N(E) spektrumok, az Auger-visszaszórási tényezô, az N(Ep ) rugalmas csúcs, a veszte-ségi spektrumok, mindezek integrálja a 2π térfélre, to-vábbá szögeloszlása. Itt szembesülünk a kísérleteknélhasznált elektron-spektrométerrel, annak szögviszonyai-val. Általában a spektrométer csak kis szögtartománybandetektálja az elektronokat. Lényeges a spektrométerR(E) válaszfüggvénye, illetve Tr (E) transzmissziója.

Veszteségi és emissziós csúcsok

A folytonos N (E ) spektrumra meghatározott E ener-giáknál igen kis intenzitású csúcsok rakódnak. Ezek:

• Ionizációs, veszteségi csúcsok, az ionizációsspektrometria (ILS) foglalkozik velük. Az ATOMKIESA 31 spektrométerével kis könyökként jelent megaz N (E ) spektrumban a Si és a Ni törzselektronjánakgerjesztésénél [7].

• Az EA Auger-csúcsok anyagi paraméterek, ener-giájuk független Ep -tôl. Értékük megtalálható kézi-könyvekben, adattárakban. Az Auger-elektronspekt-roszkópia (AES) a felületi és vékonyréteg-analízishatékony módszere [5].

• Az Ep közelében elhelyezkedô veszteségi tarto-mányt az anyag veszteségi függvénye, a dielektromosfüggvény képzetes része határozza meg. Az REELS,veszteségi spektrometria reflexiós módban szolgáltat-ja a kísérleti eredményeket. A 2. ábra mutatja polieti-lén számított és mért REELS–EPES spektrumát, mely-

300 FIZIKAI SZEMLE 2007 / 9–10

nek érdekessége, hogy a rugalmas csúcs felhasad és a

3. ábra. Mestergörbék a Si/Ni-re különbözô Ep energiák mellett,amelyekbôl a fejlettebb szoftverek megjelenése elôtt a rugalmatlanszabad úthosszt meg lehetett határozni.

500

1000

1500 20002500 3000

T500 T1000 T1500 T2000 T2500 T3000

1

0,8

0,6

0,4

0,2

0

–

–

–

–

–

–

– – – – – – – –

0 1 2 3 4 5 6 7 (nm)

(eV)

II

eSi

eNi

/

4. ábra. A SEP-pel korrigált rugalmatlan szabad úthossz, λi-értékekAg, Cu, Ni és Au referenciaminták esetén, valamint a TPP-2M-melmeghatározott érték.

TanumaSi/CuSi/AgSi/NiSi/Au

Si/Ag10,847,83

Si/Cu8,4810,8

Si/Ni8,645,36

Si/Au9,939,93

Dl

Dl

u

c

–

–

–

–

–

–

–

– – – – – –

0 0,5 1 1,5 2 2,5energia (keV)

60

50

40

30

20

10

0

lc–IMFP

(A)

hidrogén rugalmas csúcsa megjelenik a visszalökésihatás következtében [6]. Az MFKI–ATOMKI–Varsóvalközös munkánkban elsôként észleltük az elektron-spektrumban a H-t. A transzportfolyamatok MC-szi-mulálása Sulyok Attila eredménye.

Az összes felsorolt csúcsokhoz tartozó elektronfelületienergia-veszteséget szenved, mely a csúcs in-tenzitását csökkenti. Ugyanez érvényes a folytonosN (E ) spektrumra is.

Fizikai transzportparaméterekkísérleti meghatározása

A következôkben három transzportparaméterrôl szó-lunk, melyeket EPES, illetve REELS–EPES alkalmazá-sával határoztunk meg:

Rugalmatlan szabad úthosszA kvantitatív felület- és vékonyréteg-elemzés alap-

vetô paramétere az IMFP λi rugalmatlan szabad út-hossz. Az elemzés információs mélységét, tartományátaz IMFP határozza meg. Az elektronok szökési mélysé-ge, vagy csillapodási hossza λá < λi a többszörös rugal-mas szórás következtében. Már 1981-ben, elsô EPES-közleményünkben [6, 7] kimutattuk, hogy a rugalmascsúcs intenzitását λi határozza meg a rugalmas vissza-szórással együtt. 1984-ben az LTA Fizikai Kémiai Inté-zetével közös munkánk volt λi kísérleti meghatározásaEPES segítségével, akkor még Al referenciaminta segít-ségével. Késôbb több, jobb referenciát használtunk ésfejlesztettünk ki [6, 7]. 1989-ben Alexander Jablonskivalközös munkánk volt a kvantitatív eljárás [8]. Jablonskifejlesztette ki a MC-analízist. Akkor még számított mes-tergörbéket használtunk, a mért rugalmas csúcs aránytszámította Jablonski a λi szabad paraméter függvényé-ben. A 3. ábra mutat ilyen mestergörbéket Si/Ni-re, kü-lönbözô Ep energiák mellett. Ma már Jablonski EPESWINprogramcsomagjával dolgozunk.

Az IMFP-rôl Jablonski és Powell (NIST) tanulmánytközöltek, összefoglalva az addigi eredményeket. Java-

solták az EPES-eljárás alkalmazását λi kísérleti megha-tározására. 1999-ig és azóta is ezt alkalmazták a Cler-mont-Ferrand, Tübingen, Stuttgart Hohenheim, TUWien, Boroszló, Szentpétervár stb. egyetemeken.Akkor még elhanyagolták a felületi veszteségeket.Számos fémre (Ni, Cu, Ag, Au, W stb.), félvezetôre (Si,Ge, III–V) és néhány szigetelôre (SiO2, MgO, Al2O3

stb.) határoztuk meg λi (E )-t a nagyszámú külföldimunka mellett. Kiemeljük az LTA Fizikai Kémiai Inté-zetével vezetô poliméreken végzett vizsgálatainkat.

Felületi gerjesztési paraméter (SEP)2007-ig a referenciaminta-módszert használtuk, de

már 2004-ben kezdtük a felületi veszteségi korrekci-ót. Itt jutunk el a felületi veszteségi paraméterhez(SEP), melyet javaslatunkra már az ISO is definiált(18115/7.74:2001/PDAM 2). A SEP-paraméter jelenti afelületen áthaladó elektron által gerjesztett elektro-nok számát, mely Poisson-típusú folyamat. A rugal-mas csúcs intenzitását csökkenti a számított, elméletiértékhez képest (NIST TPP-2M). A SEP anyagi transz-portparaméterbôl származtatható, energia- és szög-függô. A SEP-re több képlet és modell található azirodalomban, azonban mindegyik egyetlen anyagiparamétert tartalmaz. A 4. ábra összehasonlítja SiSEP-pel korrigált λi értékeit a nem korrigált adatok-kal, Ag, Cu, Ni és Au referenciamintával [9], azATOMKI-val és Jablonskival közös eredményünket.A SEP-paramétert részben Chen alapján határoztukmeg, szintén minta és referencia rugalmas csúcsainakfelhasználásával. Saját eredményünk a Ni SEP anyagiparamétere, melyet Nagatomi REELS-vizsgálatai meg-erôsítettek.

Rugalmatlan szórási hatáskeresztmetszetSwen Tougaard a rugalmas csúcsot használva refe-

renciának meghatározta a Kλi függvényt. K az elekt-ron energiavesztesége 1 cm úthossznál és E energiá-nál. Tougaarddal együttmûködve határoztuk meg aKλi kísérleti eredményeket Si, Ge és III–V (GaAs,InAs, GaP, InSb) félvezetôkre.

A Kλi függvényt az anyag optikai állandóiból szá-mítják. Tougaard jó egyezést talált számos anyagra. A

GERGELY GYÖRGY, GURBÁN SÁNDOR, SULYOK ATTILA, MENYHÁRD MIKLÓS: ELEKTRONTRANSZPORT-PARAMÉTEREK MEGHATÁROZÁSA 301

tömbi veszteségi függvény félvezetôk (Si, Ge stb.) és

1. ábra. Gránátrétegben marással kialakított pixelek elektronmik-roszkópos képe.

10 mm

néhány fém (pl. In, Sb stb.) esetében egyetlen plaz-moncsúcs. Erre rakódik a felületi plazmon csúcsa,melynek leválasztására eljárást dolgoztunk ki [10]. Ittemlítjük, hogy GaSe plazmon csúcsát már 1973-banRFA-spektrométerünkkel észleltük. A legtöbb anyagesetében a veszteségi függvény bonyolult.

Köszönetnyilvánítás

Az itt ismertetett kutatásokban részt vett Orosz Gábor Tamás (MFA),Tóth József, Varga Dezsô, Kövér László, Tôkési Károly (ATOMKI,Debrecen), Alexander Jablonski, Beata Lesiak, Miroslaw Krawczyk,Lubomir Zommer (LTA Varsó), Bernard Gruzza, Luc Bideux,Christine Robert, Paul Bondot (Clermont-Ferrand), Swen Tougaard(Odense, Dánia), akikkel számos közös közleményünk jelent meg.Az együttmûködést nagyra becsüljük.

Irodalom1. Gergely Gy. Fizikai Szemle 53/9 (2003) 331.2. Gergely Gy., Menyhárd M., Németh K.: A szilárdtestkutatás kor-

szerû berendezései. GTE Konferencia. Budapest, 1973. 21.3. G. Gergely, B. Gruzza, M. Menyhard. Acta Phys. Hung. 48

(1980) 337.4. Menyhárd M.: Kisenergiájú elektron diffrakció (LEED). In: A

szilárdtestkutatás újabb eredményei 6. Akadémiai Kiadó (1979)7–10.

5. Gergely Gy.: Szekundermissziós spektrometria, AES, SEES, ELS.In: A szilárdtestkutatás újabb eredményei 6. Akadémiai Kiadó(1979) 107–174.

6. G. Gergely. Progr. Surf. Sci. 71 (2002) 31–88.7. Gergely Gy. Fizikai Szemle 56/11 (2006) 369.8. A. Jablonski, B. Lesiak, G. Gergely. Phys. Scripta 39 (1989) 363.9. G. Gergely, M. Menyhard, S. Gurban, J. Toth, D. Varga, A. Jab-

lonski. J. Surf. Anal. 12 (2005) 14.10. G. Gergely, M. Menyhard, S. Gurban, A. Sulyok, J. Toth, D. Var-

ga, S. Tougaard. Solid State Ionics 141–142 (2001) 47.

MIKROMÉRETÛ MONODOMÉNES RÉSZECSKÉKMÁGNESES VISELKEDÉSE Vértesy Gábor

MTA Muszaki Fizikai és Anyagtudományi Kutatóintézet

Pardaviné Horváth MártaGeorge Washington University, Washington DC, USA

A kisméretû mágneses részecskékbôl álló kétdimenzi-ós periodikus rendszereknek nagy gyakorlati jelentô-sége van a jövôbeni, extrém nagy sûrûségû mágnesesadattárolók, mágneses MRAM memóriák és szenzor-hálózatok megvalósításában. Ezért az ilyen rendsze-rek létrehozása, valamint mágneses viselkedésük vizs-gálata komoly gyakorlati jelentôséggel bír. Másrésztezen mágneses rendszerek tanulmányozása nagy se-gítséget jelent az elméleti hiszterézismodellek fejlesz-tésében, valamint az egymással kölcsönható mágne-ses részecskék viselkedésének jobb megértésében is.Az alábbiakban bemutatunk egy ilyen rendszert, ésröviden összefoglaljuk az azon elvégzett mérések ésmodellezések néhány eredményét.

Mágneses szigetek kialakítása nem-mágneseshordozón, és tulajdonságaik mérése

Nem-mágneses hordozóra folyadékfázisú epitaxiásmódszerrel növesztett, néhány mikrométer vastagsá-gú, egykristályos mágneses gránátrétegben, megfelelômaszkolás és az azt követô kémiai marás segítségévellétrehozhatók egymástól elkülönülô, szabályos négy-zet alakú szigetek (pixelek). A pixelek pásztázó elekt-ronmikroszkópban felvett képét mutatja az 1. ábra.

A mágneses gránátrétegekben az összetétel módo-sításával jelentôs egytengelyû anizotrópia alakítható ki,amely biztosítja, hogy a mágnesezési irány merôleges arétegek felületére. A marás utáni struktúrában a szige-tek közötti utcák elkülönítik egymástól a mágneses ré-szecskéket, ezért köztük nincs kicserélôdési kölcsönha-

tás. Az egyedüli csatolás a pixelek között a magneto-sztatikus kölcsönhatás. Az egyes pixelek, a nagy egy-tengelyû anizotrópia, valamint a kisméretû szigetek kö-vetkeztében, monodoménes módon viselkednek, azaza pixelek mágnesesen telítettek, és az egyik telített álla-potból kapcsolhatók át ellentétes irányú és megfelelônagyságú külsô mágneses térrel a másik, ellenkezôirányban telített stabil állapotba. A gránátrétegek a nor-

302 FIZIKAI SZEMLE 2007 / 9–10

mál hullámhosszú fény számára átlátszóak, ezért pola-

2. ábra. A pixelek csoportjának polarizációs mikroszkópban felvettképe, különbözô külsô mágneses térben.

H = 0 Oe

H = 63 Oe H = 132 Oe

3. ábra. Néhány száz elembôl álló rendszer teljes mágnesezési gör-béje (fô ábra) és az egyes pixelek tipikus mágnesezési görbéje (balfelsô sarok).

–

–

–

–

–

– – – – –

–

–

–

–

–

– – – – –

1

0

–1

–500 0(Oe)H

500

MM/

s

–400 –200 0(Oe)H

200 400

1,0

0,5

0,0

–0,5

–1,0

MM/

(tet

sz. e

gys.

)s

rizációs mikroszkópban közvetlenül megfigyelhetô amágneses doménszerkezet. Ilyen felvételek láthatók a2. ábrán, ahol a bal felsô sarokban egy 16 pixelbôl állóegyüttes képe látható. A fekete és fehér kockák az el-lentétes irányban mágnesezett pixeleket jelentik. Atöbb pixelt tartalmazó másik három kép pedig azt mu-tatja, hogy az elôzôleg nagy mágneses térrel létrehozotttelített állapotból (csupa fekete pixel), nulla térrôl in-dulva ellentétes külsô mágneses tér hatására hogyanmágnesezôdnek át fokozatosan az egyes pixelek (fehérkockák megjelenése).

Létrehoztunk egy olyan mérési elrendezést, amely-nek segítségével közvetlenül mérhetô a pixelekettartalmazó gránátréteg mágnesezettsége, továbbá azegyes részecskék viselkedése külön-külön is megfi-gyelhetô és mérhetô. A mérés magnetooptikai elvenalapul (hasonlóan a polarizációs mikroszkópban ké-

szült felvételekhez), és azt a fizikai jelenséget használ-ja ki, hogy a lineárisan poláros fény polarizációs síkjaa mágneses anyagon való áthaladás közben a mágne-sezettséggel arányos módon elfordul. Ily módon amágnesezettség változása közvetlenül, a fényintenzi-tás mérése alapján nyomon követhetô. A 3. ábramagnetooptikai módon mért mágneses hiszterézisgör-bét mutat. A mérés több száz pixelt tartalmazó gránát-rétegen lett elvégezve. Minden egyes pixelnek azon-ban, a fent leírt okokból, négyzetes hiszterézisgörbéjevan, és a makroszkopikus hiszterézisgörbe a sok százvagy ezer pixel négyzetes hiszterézisgörbéjének azeredôje. Egy pixelen elvégzett mérés eredményekép-pen kapott hiszterézisgörbét mutat a 3. ábra bal felsôsarkában látható kisebb ábra.

A Preisach-modell

A mágneses anyagok hiszterézistulajdonságait leírómodellek jelentôs része a Preisach-modellen alapul,mivel ennek segítségével sikeresen modellezhetôkazok a mágneses anyagok, amelyeket a mindennapigyakorlatban, például az adatrögzítésben is sûrûnalkalmaznak. A modell kidolgozása Preisach Ferencnevéhez fûzôdik [1]. A modell az anyagot aszimmetri-kus, elemi, négyszögletes hiszterézishurkokkal bírórészecskék eloszlásával írja le, és a mágnesezettségetaz eloszlási függvénynek a megfelelô területre történôintegrálásával számítja ki. A modellt eredetileg mág-neses anyagokra alkalmazták, de az elv nagyon általá-nos. A modell feltételezései azonban nem teljesülneka valódi fizikai rendszerek túlnyomó többsége esetén,így igen nehéz az elméleti következtetéseket a tényle-ges anyagi paraméterekkel összevetni. Ez akadályokatgördít a modell további finomítása elé is. Ezért alap-vetô jelentôsége van egy olyan modellanyagnak, és azezen történô megfelelô méréseknek, ami lehetôvéteszi a fenti probléma megoldását.

A fentiekben bemutatott modellanyag és az erre acélra kifejlesztett mérôberendezés – az irodalombanegyedülálló módon – kiválóan alkalmas a Preisach-mo-dell kísérleti adatokkal való közvetlen egybevetésére.Hiszen itt pontosan az történik, amit a klasszikus modellfeltételez, nevezetesen, hogy az anyag makroszkopikushiszterézisgörbéje elemi négyzetes hiszterézisgörbék(hiszteronok) sokaságából épül fel, a mágnesezettségátfordulása csak forgással történik és nincs reverzibilismágnesezettség. Ráadásul az elemi hiszteronok viselke-dése közvetlenül is mérhetô, kölcsönhatásuk, kapcsolá-si terük, minden paraméterük egyenként is meghatároz-ható. Meg lehet határozni a Preisach-paraméterek (köl-csönhatási tér, eloszlási függvény) változását a részecs-kék közötti mágneses kölcsönhatás változtatásával,amely megtehetô a hômérséklet változtatásával, vagypedig külsô mágneses tér alkalmazásával.

Az alábbiakban, mintegy a módszer és a lehetôsé-gek illusztrálására, bemutatjuk, hogyan lehet a teljeshiszterézisgörbét meghatározni az egyedi pixelekkapcsolási tulajdonságainak figyelembe vételével.

VÉRTESY GÁBOR, PARDAVINÉ HORVÁTH MÁRTA: MIKROMÉRETU MONODOMÉNES RÉSZECSKÉK MÁGNESES VISELKEDÉSE 303

A teljes hiszterézisgörbe rekonstrukciója az

4. ábra. Különbözô méretû pixelcsoportok hiszterézisgörbéje. a) mért,b) számolt görbék.

N=81

6449362516

– – – – –

–600 –300 0(Oe)H

300 600

M(tet

sz. e

gys.

)M

(tet

sz. e

gys.

)

0(Oe)H

– – –

500–500

N=130

4936251684

a)

b)

egyedi pixelek kapcsolási tulajdonságai alapján

Kidolgoztunk egy numerikus modellt [2], amelyneksegítségével három különbözô pixelcsoportra re-konstruáltuk a teljes hiszterézisgörbét. A mérések és aszimuláció 5×5, 7×7, valamint 9×9 elemet tartalmazócsoport esetére vonatkoznak. A Happ külsô mágnesestér és a mágnesezettség a minta felületére merôlegesirányú (a könnyû tengely a z irány). A pixelek közöttikölcsönhatás magnetosztatikus. A pixelekre ható ef-fektív mágneses tér függ a szomszédos pixelek mág-neses állapotától. Feltételezve, hogy a külsô mágne-ses tér a +z irányba mutat, mindegyik +M mágnese-zettséggel bíró szomszéd az effektív belsô mágnesesteret (Hin ) −M értékkel csökkenti. A nem elliptikusalaknak köszönhetôen a belsô tér nem homogén [3]még akkor sem, ha Happ ≥ 4πMS. Valamely (i0, j0) pi-xelre bármelyik más (i, j ) pixelrôl ható D (|i− i0|,|j− j0|) kölcsönhatási tenzorelemek véges differencia-számítással, a felületi integrálok kiszámításával, vagya dipólusközelítéssel határozhatók meg. Az effektívkölcsönhatási tér az (i0, j0) pontban lévô pixelre azösszes többi pixel hatását figyelembe véve:

ahol Λ = ±1, attól függôen, hogy M iránya milyen. A

(1)Hi (i0, j0 ) = 4 π MSi, j

Λ D ( i i0 , j j0 ) ,

valamely pixelre ható belsô teret az alábbi kifejezésalapján lehet kiszámítani:

Ha már van egy olyan pixel, amelynek a mágneses

(2)Hin (i0, j0) = Happ Hi (i0, j0) =

= Happ 4 π MSi, j

Λ D ( i i0 , j j0 ).

állapota megváltozott, akkor a mágnesezettség és akölcsönhatási tér eloszlása is változik. A (2) egyenlet-bôl következik, hogy ebben az esetben a belsô téreloszlása is megváltozik, és az új belsô tér,Hin (i0, j0 )amely mindegyik egyedi pixelre hat, az alábbi kifeje-zés alapján számítható ki:

ahol (is , js ) azon pixelek helyzete, amelyek éppen

(3)Hin (i0, j0) =

Hin (i0, j0) 8 π MS D ( i0 is 1 , j0 js 1 ),

mágneses állapotot váltottak.A koercitivitás Hc (i0, j0) eloszlásának meghatáro-

zása kétféleképpen lehetséges. Az egyedi pixelekkapcsolási terének mérésére alapozva megállapítha-tó, hogy a rendszer koercitivitása Gauss-eloszlástkövet, amelynek a középértéke és félértékszélességeadott. A koercitivitásértékek generálhatók ebbôl akét adatból, amelyeket a véletlenszerû eloszlássalrendelkezô egyedi pixelek határoznak meg. Vagy, aHapp külsô teret numerikusan változtatva a negatív éspozitív telítési értékek között a mágnesezési görbe,vagyis M (Happ ) rekonstruálható az egyedi mágneses

átfordulások sorozata alapján. A mért teljes hiszteré-zisgörbe látható a 4.a ábrán, ahol különbözô mére-tû pixel csoportok (4, 9, 16, 25, 36, 49, 130) eseténvannak ábrázolva a telítéstôl-telítésig mért hiszteré-zisgörbék.

A számolás eredménye pedig, ahol a mért elrende-zésnek megfelelô csoportokra számoltunk, a 4.bábrán szerepel. Igen jó egyezést tapasztaltunk a mértés számított görbék között. A számolás alapjául azegyedi pixeleken mért kapcsolásitér-értékek szolgál-tak. Minden pixelt a mért Hc tere jellemez.

A vizsgált pixelcsoportok részét képezik a tényle-ges mintában lévô több ezer pixelnek. Vagyis nemtekinthetôk elszigeteltnek, a kapcsolási terük függ azôket körülvevô többi pixel aktuális állapotától. Annakérdekében, hogy megvizsgáljuk a különbséget azelszigetelten álló pixelcsoport, illetve az ugyanolyanméretû, de a többi pixel tengerébe beágyazott pixel-csoport viselkedése között, egy 5×5-ös pixelcsopor-tot választottunk ki, amelyet vagy elszigeteltnek, vagypedig egy 9×9-es csoport közepén állónak tekintet-tünk. Méréseket és számolásokat végeztünk ezen acsoporton mindkét esetben. A 9×9-es csoportban azösszes pixel kölcsönhatását figyelembe vettük, ami-kor kiszámítottuk az 5×5-ös csoport viselkedését. Azelszigetelt csoportra jellemzô görbe kicsit merede-kebb a többi pixel közé beágyazott esetnél, ami jólmutatja a határfeltételeket. Azonban, a [3]-as hivatko-

304 FIZIKAI SZEMLE 2007 / 9–10

zásnak megfelelôen, a 9×9-es csoportból származókölcsönhatási tér csak 3%-kal módosítja a belsô pixe-lek által érzékelt mágneses teret.

A kidolgozott modell és a szimuláció hatékony ésmegbízható módon használható a teljes hiszterézis-görbe rekonstrukciójára. Ezt bizonyítják a kapott érté-kek is: az 5×5 pixelt tartalmazó csoport esetén a mért,átlagos koercitív tér Havg = 234 Oe, ami nagyon jólegyezik a szimulációval, az elszigetelt 5×5 esetre ka-pott Hisol = 233 Oe értékkel. Ugyanakkor a beágyazottesetben a görbeszimuláció Hemb = 217 Oe értéketeredményez, ami nagyon közel van a teljes görbénmérhetô Hc = 213 Oe értékhez.

Megjegyzendô még, hogy a vizsgált mágneses réte-gek nagyon nagy jósági tényezôje, vagyis a lemágne-sezô térhez képesti igen nagy egytengelyû anizotró-pia a rendszert rendkívüli módon stabillá teszi a ter-mikus fluktuációkkal szemben. Emiatt a termikusfluktuáció hatását, ami a pixelek kapcsolási terénekfluktuációját okozná, nem vettük figyelembe a fenti-ekben tárgyalt eljárás során. Ez az oka, hogy a számí-tott kapcsolási terek mindig ugyanazok ugyanarra apixelcsoportra. Ugyanakkor a mérések azt mutatják,hogy az egyes pixelek kapcsolási terének magának isvan szórása, továbbá a különbözô pixelek kapcsolásiterei meglehetôsen tág tartományban változnak. Ez ajelenség a részecskék mikrostruktúrájában fennállókülönbségekkel, valamint a bennük elôforduló hibák-kal magyarázható, amit szimulációval nem tudunkfigyelembe venni. Viszont a teljes hiszterézisgörbénvégzett mérések jól reprodukálják magukat, ami arrautal, hogy a teljes hiszterézisgörbe alakját az egyedipixelek kapcsolási tereinek eloszlása határozza meg.

Összefoglalás

Mágneses gránátrétegben kialakított monodoménesrendszer esetén vizsgáltuk a részecskék kapcsolásitulajdonságait. Kidolgoztunk egy numerikus modellt,amelynek segítségével a teljes hiszterézisgörbe re-konstruálható az egyedi részecskéken végzett mérésekadataiból, és kimutattuk, hogy ez a szimuláció jól egye-zik a kísérleti eredményekkel. Ez az eredmény jól tük-rözi a numerikus modellezés megbízhatóságát és haté-konyságát. Az egyik fô cél annak a minimális részecs-keszámnak a meghatározása volt, amelyre az integrá-lást kiterjesztve az elméleti számítások a gyakorlati ese-tet már elfogadhatóan írják le. Ezáltal közvetlenül meg-mondható az, hogy az elméleti számításoknál milyenközelítést kell alkalmazni. A növekvô elemszámú pixe-leken végzett szisztematikus mérések segítségével ki-mutattuk, hogy a makroszkopikus hiszterézisgörbekörülbelül 100 elembôl álló rendszer esetén már na-gyon jól közelíti a végtelen sok elembôl álló rendszerhiszterézisét. Ugyanakkor a koercitív erô már sokkalkisebb elemszám esetén is beáll a végtelen sok elem-mel jellemezhetô értékre. Az egyedi részecskék kap-csolási terének eloszlása Gauss-görbével írható le,amelynek félértékszélessége megegyezik a teljes hiszte-rézisgörbe koercitív terével. A részecskék közötti köl-csönhatási tér a Lorentz-eloszlásnak felel meg, és aszórás erôsen függ a mágnesezettségtôl.

Irodalom1. F. Preisach. Zeitschrift für Physik 94 (1935) 277.2. G. Zheng, M. Pardavi-Horvath, G. Vértesy. Journal of Applied

Physics 81 (1997) 5791.3. Y.D. Yan, J. Della Torre. Journal of Applied Physics 67 (1990) 5370.

A CSATORNAHATÁS SZEREPE IONSUGARAS ANALITIKAIÉS IONIMPLANTÁCIÓS KÍSÉRLETEKBEN

Zolnai Zsolt, N.Q. Khánh, Battistig GáborMTA Muszaki Fizikai és Anyagtudományi Kutatóintézet

A Fizikai Szemle korábbi számaiban már esett szó atöbb évtizedre visszanyúló gyorsítóépítési hagyomá-nyokról a KFKI csillebérci telephelyén, és a nemzet-közi mércével mérve is számottevô ionimplantációsés ionsugaras anyagvizsgálati eredményekrôl. A „hôs-kort” a Rutherford-visszaszórásos technika (Ruther-ford Backscattering Spectrometry, RBS) kvantitatívanyagvizsgálatra történô alkalmassá tétele [1] és azelsô RBS-spektrumszimulációs programok megszüle-tése fémjelzi. Azóta a módszerrel és a rokon jelensé-gekkel kapcsolatos ismeretek, tudományos és techno-lógiai kérdések köre jelentôsen kiszélesedett, ma isinspiráló kihívásokat tartogatva a témához csatlakozófiatalabb korosztály számára. Szó esett az ionimplan-

tációnak és az RBS-technikának az úttörô szerepérôl aszilíciumtechnológiában elterjedt úgynevezett elô-amorfizálási eljárás [2] bevezetésében. A hazai ionsu-garas analitikai kutatásokkal kapcsolatban tudomástszerezhettünk az RBS és az ellipszometria egymásthatékonyan kiegészítô alkalmazásairól [2], és az RBS-módszernek a porózus anyagok szerkezetének jellem-zésében való sikerességérôl [3]. Mindemellett a Fizi-kai Szemlében kevésbé részletes tárgyalást kapottmaga az RBS-technika, illetve ennek csatornahatássalkombinált válfaja (RBS in combination with channe-ling, RBS/C), amelyet kristályos szilárdtestek vizsgála-takor standard eljárásként alkalmazunk. Jelen cikkcélja a csatornahatás jelenségének rövid bemutatása,

ZOLNAI ZS., N.Q. KHÁNH, BATTISTIG G.: A CSATORNAHATÁS SZEREPE IONSUGARAS ANALITIKAI ÉS IONIMPLANTÁCIÓS KÍSÉRLETEKBEN 305

majd annak az RBS/C anyagvizsgálatok és az ionimp-

1. ábra. Kristályos szilárdtestbe belôtt ionok fékezôdési útvonalai-nak különbözô alapesetei.

visszaszóródása felületrõl

randomszóródás

P P> min

P P< min

(b)

(a)

(c)

csatornahatás

visszaszóródásrácsközi atomról

bombázóionok

Y Y< c

Y Y> c

lantációs adalékolás során betöltött szerepérôl leszszó, amit néhány példával illusztrálunk.

Csatornahatással kombinált Rutherford-szórás

Az RBS/C-technikánál általában néhány MeV energiá-jú könnyû (p+, 4He+) ionnyalábbal vizsgálunk rende-zett atomi szerkezetû egykristályokat. A kristályrácsirányított rendje módosítja a beérkezô ionok pályájátaz amorf (rendezetlen) anyagban történô mozgáshozképest – ezt a jelenséget nevezzük csatornahatásnak.Az effektus fellépésére Stark már 1912-ben utalt, be-hatóbb vizsgálatokra azonban csak fél évszázadmúlva került sor. A 60-as évek elején Robinson ésOen vette észre rézatomok rézkristályban történômozgásának számítógépes szimulációja során, hogyha a részecskék valamely alacsony indexû kristálytanitengely mentén haladnak, akkor a lefékezôdésük lé-nyegesen hosszabb útszakaszon történik. Másrészt,kristályos szilárdtest-részecskedetektorokban és vé-kony filmekben is megfigyelték, hogy a beérkezôrészecskék energiavesztesége nagymértékben függ akristály orientációjától és a magas szimmetriával ren-delkezô irányokban jelentôsen lecsökken. Ezekbôl amegfigyelésekbôl arra lehetett következtetni, hogy azatomi rendhez illeszkedô módon orientált kristályosanyag „átlátszóbb” a bombázó ionok számára, mint azorientálatlan.

A csatornahatás (channeling) klasszikusan értelmez-hetô jelenség, melynek lényege, hogy a kristálytanitengellyel közel párhuzamosan érkezô ion számára azatomsorok, illetve atomi síkok egy kontinuum poten-ciálfallal írhatók le. Ez a potenciálfal gyenge, elektronosütközéseken keresztül az iont a szomszédos sorok –síkok – közötti térbe, a csatorna tengelyébe igyekszikfókuszálni. Így a csatorna falai közötti oszcilláló moz-gás alakul ki, melynek hullámhossza jellemzôen né-hányszor 10 nm. Megkülönböztetünk axiális és planáriscsatornahatást atomi sorok, illetve síkok esetén. Azaxiális esetben a kölcsönhatások erôsebbek, így azeffektus is hangsúlyosabban jelentkezik. A továbbiak-ban csak az axiális csatornahatásról lesz szó. A csator-nában haladó ionok pályája (1. ábra (a) eset) lényege-sen eltér a véletlen (random) pályán haladó és a felüle-ten vagy a tömbben nagyszögû szórást szenvedô iono-kétól (1. ábra (b) esete). A mozgó részecskéket kor-mányzó kontinuumpotenciált tekinthetjük egy árnyé-kolt Coulomb-potenciálnak. Definiálható egy minimálisimpakt paraméter, Pmin, amelynél ha közelebb me-gyünk egy atomsorhoz, a kontinuumpotenciál koncep-ció már nem érvényes. Az ion ekkor erôsebb kölcsön-hatásba kerül a csatornafallal és érzi a hômozgás követ-keztében kimozdult individuális atomokat is. Ígymegnô a valószínûsége a nagyobb szögû szórásnak,ami a csatorna elhagyásához (dechanneling) és a to-vábbiakban random fékezôdéshez vezet. A Pmin értékeösszemérhetô az árnyékolási hosszal és általában jólközelíthetô a termikus rezgési amplitúdóval, amelynek

nagyságrendje 0,1 Å. Mivel a legintenzívebb rácsrezgé-sek periódusideje ~10−13 s, és egy 2 MeV energiájú He+

ion egy rácsállandónyi távolságot ~10−16 s idô alatt teszmeg, így az ion valójában egy „befagyott” rácsot lát.Ekkor a termikus mozgást végzô rácsatomok egyensú-lyi helyzetbôl való kitérését, mint „statikus” állapototleírhatjuk Gauss-eloszlással, ami – például a folyamatszámítógépes szimulációjakor – megkönnyíti a kezel-hetôséget.

Ha egy csatornázott ion az oszcilláló mozgás köz-ben elegendôen nagy tangenciális impulzusra teszszert, azaz mozgásiránya elég nagy szöget zár be acsatorna falával, akkor a Pmin távolságon belülre kerülés megtörténik a kiszóródás (1. ábra ). A kiszóródás-hoz tartozó határszög, a kritikus szög (Ψc) nagyság-rendje ~1°. A random pályán haladó ion mozgásátmár nem limitálja a kormányzó potenciál, így azatommagokkal való rugalmas ütközésekben, nagyszö-gû nukleáris szóródásokon keresztül is veszíthet ener-giájából (1. ábra ). Ez a folyamat a jól ismert Ruther-ford-szórás, ekkor az ionok az atommagokat 10−5 Åtávolságra is megközelítik. Világos, hogy a csatorná-zott ionok nem Rutherford-szórással fékezôdnek, hi-szen a potenciálfal nem engedi ôket Pmin ~ 0,1 Å távol-ságnál közelebb az atommagokhoz. A csatornábóltörténô kiszóródást a hômozgás mellett a belôtt ion ésa rácsatomok elektronfelhôi közötti Coulomb-köl-csönhatásból adódó rugalmatlan fékezôdési folyamatis elôsegíti. Míg az elektronos fékezôdésben leadottenergia elsôsorban a rácsatomok ionizációjára és ger-jesztésére fordítódik, addig a „biliárdszerû” nukleárisütközések a rácsatomok visszalökôdéséhez, eseten-ként a rácsból való kimozdításához, azaz rácshibákkeltéséhez vezetnek. A fentiekbôl következik, hogycsatornairányban az ion több energiát veszít elektro-nos fékezôdés útján, mint random fékezôdés esetén,ahol viszont a céltárgy atommagjainak leadott energiamennyisége lesz nagyobb. A csatornahatás így csök-kentheti a fékezôdés során keletkezô rácshibák szá-mát. A fékezôdési folyamatok különbözôsége miatt acéltárgyban megállt ionok mélységi eloszlása is eltér,ezzel magyarázhatjuk a bevezetôben említett na-gyobb behatolási mélységet a csatornahatás fennál-lása esetén.

306 FIZIKAI SZEMLE 2007 / 9–10

Térjünk most vissza a kiszóródáskor szerepet játszó

2. ábra. A kritikus szög mérése 1,5 MeV energiájú He+-ionokra a Si<100> axiális tengelye mentén fellépô csatornahatás esetén a felületközelébôl nagy szögben (Θ = 165°) visszaszórt He-részecskék de-tektálásával.

1,4

1,2

1,0

0,8

0,6

0,4

0,2

0,0–1,5 –1 –0,5 0 0,5 1 1,5

döntési szög az <100> irányhoz képest (°)

visszaszórtrészecskék

szám

a(rel. egys.)

2Yc

He+ Si

forgatás

Q

(1– )/2cmin

cmin

kritikus szög meghatározásának kérdésére. A mintátakár 0,01° pontossággal is orientálni tudjuk a csator-nák irányába egy kéttengelyû goniométerhez csatla-kozó mintatartón, ha a kristályt az ionnyalábhoz ké-pest megfelelô pontossággal döntjük és forgatjuk (2.ábra ). A kritikus szög meghatározása kísérletileg úgytörténhet, hogy megmérjük a céltárgy vékony (~10nm vastagságú) felületi rétegébôl érkezô, nagyszögûdirekt visszaszóródást szenvedô ionok számát, miköz-ben a kristálytani tengely irányát kis lépésekben vál-toztatjuk a bombázó ionnyalábhoz képest. Egy hason-ló kísérlet eredményét mutatja a 2. ábra, ahol a Si-egykristály <100> axiális csatornája körül végeztük ela mérést 1,5 MeV energiájú He+-ionokkal. A kritikusszöget az így kapott völgy félértékszélessége határoz-za meg, melynek nagysága jelen esetben ~0,5°. A Ψc

értéke elméleti modell alapján számítva 0,57°, amelyjól egyezik a kísérlet eredményével.

Csatornahatás és ionimplantációa mikroelektronikai technológiában

A gyakorlatban a mikroelektronikai eszközök elôállí-tásánál fontos a pontos tervezhetôség és a fizikai fo-lyamatok megfelelô szintû kezelhetôsége. Az itt alkal-mazott egyik technológiai lépés az ionimplantáció,ahol 10–100 keV energiájú, elektromos térrel felgyor-sított ionokat lövünk be az anyagba. Egyes Si-techno-lógián alapuló eszközök elôállításánál akár több tu-catszor is használják az ionimplantációs eljárást – töb-bek között a kívánt vezetési tulajdonságok eléréséhezszükséges adalékatomok (pl. bór, foszfor, arzén) fél-vezetôkristályba történô bejuttatásához. Mivel a csa-tornahatás nehezen reprodukálható, a Si-technológiá-ban a kezdetektôl fogva igyekeztek ezt az effektustelkerülni, és a jól kézben tartható random fékezôdés-re helyezni a hangsúlyt. Ezért vezették be J.W. Mayer,Gyulai József és munkatársaik az úgynevezett elô-amorfizálás eljárást [2], ahol elôször a szilíciumkristály

vékony felületi rétegét Si-ionok implantációjával el-roncsoljuk, majd az így kapott amorf rétegbe, amelymár nem tartalmaz csatornákat, egy második lépés-ben implantáljuk be az adalék ionokat. Ezután egyviszonylag alacsony hômérsékletû hôkezeléssel azamorf réteget ismét visszakristályosítjuk.

Napjainkban, amikor a Si-technológia megközelítetteteljesítôképessége határait, intenzív kutatás folyik amegfelelô alternatívát jelentô anyagok vizsgálata terén.A nagyteljesítményû, nagyfrekvenciás, optoelektronikai,illetve magas hômérsékletû környezetben való alkalma-zásoknál továbblépést jelenthet a széles tiltott sávú fél-vezetôk (pl. gyémánt, gallium-nitrid, szilícium-karbid)színre lépése. A SiC tulajdonságaira nézve tekinthetô aSi és a gyémánt rokon anyagának, amelynek szerkezetea gyémántrácséhoz hasonló, ennek köszönhetôen rend-kívül kemény és termikusan stabil anyag. A SiC-ban azadalékatomok diffúziója (pl. bór, nitrogén, foszfor) ma-gas hômérsékleten is igen lassú, ezért adalékolási eljá-rásként csak az ionimplantáció jöhet szóba. Az implan-tációval amorfizált SiC csak magas hômérsékleten tudvisszakristályosodni és ekkor sem tökéletesen. Így azelôamorfizálást itt nem alkalmazhatjuk, ehelyett az imp-lantáció közben az amorfizáció elkerülésére, a kristály-hibák számának minimalizálására kell törekednünk.

A csatornahatás tehát csökkenti a besugárzás általkeltett kristályhibák számát, de a rácshiba-analízismindenképpen fontos például a csatornairányú ionfé-kezôdés pontosabb leírásának szempontjából is. Egykísérletben olyan hatszöges kristályrácsú SiC-mintákrácskárosodását vizsgáltuk, amelyeket elôzôleg 500keV energiájú N+-ionokkal a <0001> axiális csatorna(a hatfogású szimmetriatengely) irányából implantál-tunk [5]. Az implantáció során jól kollimált N+-nyalá-bot használtunk, melynek divergenciája ~0,1° értéketvett fel. Mivel itt az axiális csatornából történô kiszó-ródás kritikus szöge a számítások szerint Ψc = 1,7°, ígya kis nyalábdivergencia lehetôvé tette az implantálónyaláb pontos orientálását. A különbözô mértékûcsatornahatás, vagyis a teljes és részleges csatornázás,valamint a random irányú besugárzás hatását úgyvizsgáltuk, hogy a minta felületére merôleges <0001>irányú tengelyt (csatornát) a jól kollimált N+-nyaláb-hoz képest 0°, 0,5°, 1,2°, 1,6°, illetve 4° szögérté-kekkel döntöttük.

Ha egy ionsugaras analitikai kísérletben a nagy szög-ben visszaszórt He-részecskéket nemcsak a mintafelü-let közelébôl, de a mélyebben fekvô rétegekbôl is de-tektáljuk és energiájuk szerint szeparáljuk, akkor meg-kapjuk a minta visszaszórási spektrumát. Ezt láthatjuk a3. ábrán, amely a roncsolatlan SiC-minta <0001> csa-tornázott (a), illetve random (b) visszaszórási spektru-mait mutatja 3,5 MeV He+ analizáló nyalábbal. Míg a<0001> spektrumot pontosan a csatornairánnyal párhu-zamos, addig a randomot azzal 7°-os szöget bezárónyalábbal vettük fel. A 7° döntési szög általában ele-gendô a csatornahatás minimalizálásához. A randomspektrumhoz képest a csatornázott spektrumban a visz-szaszórt He-hozam a nukleáris ütközések kisebb való-színûsége miatt csaknem két nagyságrenddel kisebb.

ZOLNAI ZS., N.Q. KHÁNH, BATTISTIG G.: A CSATORNAHATÁS SZEREPE IONSUGARAS ANALITIKAI ÉS IONIMPLANTÁCIÓS KÍSÉRLETEKBEN 307

Ismerve a He-ionok fékezôdését az anyagban az ener-

3. ábra. 3,55 MeV energiájú He+-ionnyalábbal mért BS/C-spektru-mok: (a) <0001> irányban orientált He-nyaláb csatornázott BS/C-spektruma roncsolatlan SiC-kristályon, (b) a <0001> irányhoz ké-pest 7°-ban döntött He-nyaláb random BS-spektruma roncsolatlanSiC-kristályon. (c), (d): 500 keV N+-implantációval roncsolt SiC-kris-tály csatornázott He+ BS/C-spektrumai, ahol az implantáció (c)<0001> irányban orientált, illetve (d) a <0001> irányhoz képest4°-ban döntött random irányú N+-nyalábbal történt.

(a) roncsolatlan <0001> SiC(b) random SiC(c) implantált N nyaláb 0°/<0001>(d) implantált N nyaláb 4°/<0001>

RBX szimuláció

+

+

(a)

(b)

(c)

(d)

C

Si

0,5 1 1,5 2visszaszórt He-ion energia (MeV)

4000

3000

2000

1000

0

hozam

(beü

tésszám)

4. ábra. 500 keV energiájú N+-besugárzás által keltett Si- és C-rács-hibaprofilok SiC-ban a N+-nyaláb és a <0001> kristálytani tengelyáltal bezárt szög függvényében. Az implantáció minden esetbenazonos dózissal történt (5 1014 N+ cm−2). A görbék a 4. ábrán be-mutatott 3,55 MeV BS/C-spektrumok kiértékelésének eredményei.

0,2

0,1

0,0

0,2

0,1

0,00,2

0,1

0,0

0,1

0,0

0,1

0,00 200 400 600 800 1000

mélység (nm)

rácshibák

szám

a(rel. egys.)

4°

1,6°

1,2°

0,5°

0°

Si

C

giaskála mélységskálává transzformálható, így a mód-szer alkalmassá válik mélységi elemanalízisre és a kris-tályhibák mélységeloszlásának vizsgálatára. A felületiSi- és C-atomokról rugalmasan visszaszóródott He-ionok energiája különbözô: Si esetén ~2 MeV, C esetén~0,9 MeV. Így két különbözô mélységskálát definiálha-tunk a Si- és C-komponensekre.

A jó mélységfelbontás mellett a módszer specialitásáta 3,5 MeV He-energia környezetében fennálló magre-zonancia adja. A He(C,C)He rugalmas nukleáris szóráshatáskeresztmetszete nem a Rutherford-képlettel kiszá-mítható érték (σR), hanem annak körülbelül hatszorosa,míg a He(Si,Si)He szórásnál továbbra is a Rutherford-féle értékkel számolhatunk. Így a hatáskeresztmetsze-tek közötti különbség kiegyenlítôdik – mivel σR(Si)/σR(C) = (ZSi/ZC)

2 = 5,4 –, és a szén hozama hasonló lesza szilíciuméhoz. A két komponens tehát közel azonosérzékenységgel és egyszerre vizsgálható.

A 3. ábrán a roncsolatlan minta már tárgyalt (a) és(b) spektrumai mellett a (c) és (d) spektrumok a 0° és4° szögben azonos dózisú N+-implantáció által ron-csolt SiC-minta csatornázott He+-visszaszórását mutat-ják. A roncsolatlan minták spektrumaitól eltérôen a(c) spektrumban 0,5 és 1,6 MeV közelében, a (d)spektrumban pedig 0,6 és 1,75 MeV közelében új csú-csokat találtunk. Ezek a N+-implantáció által keltettkristályhibákból, azaz a rácsközi térbe került Si- ésC-atomok hatásából erednek. A rácshibák visszaszór-ják a csatornákban haladó analizáló He-ionokat, ésgyengítik a rájuk kifejtett csatornahatást (1. ábra (c)esete). A csatornázott N+-implantáció nagyobb mély-ségben és lényegesen kisebb mértékben okoz rácská-rosodást, mint a 4°-ban döntött, random irányúN+-implantáció. Ezt az mutatja, hogy a (c) spektrumcsúcsai a (d)-hez képest alacsonyabb visszaszórt He-energiáknál jelennek meg. Mindez összhangban van acsatornaimplantáció közben lejátszódó, fentebb is-mertetett folyamatokkal.

A 3. ábrán a folytonos vonalak egy elméleti modellalapján készült RBX nevû programmal [6] kiszámítottspektrumokat mutatnak. Az RBX szimulációs modellsegítségével megkaphatjuk az implantáció által keltettrácshibák mennyiségét a mélység függvényében.Ilyen RBX kiértékelés eredményét láthatjuk az 4.ábrán a Si- és C-alrácsra, különbözô beesési szögekalatt történt, azonos dózisú N+ implantáció esetén. 0°alatti beesésnél erôs a csatornahatás, a felsô 300 nm-es tartományban keltett kristályhibák száma minimá-lis. A N+-nyalábot 0,5° szögben döntve alig módosulaz eloszlás. Ez várható is, hiszen ekkora eltérés jóvalkisebb a kritikus szög értékénél. 1,2°-nál részlegescsatornahatást figyelhetünk meg, a dechanneling afelülettôl monoton nô, míg 1,6°-nál, a kritikus szög-höz közeli értéknél már a legfelsô 100 nm-en – né-hány oszcillációs periódus után – valamennyi csator-názott N+-ion kiszóródik, a hibaeloszlás alakja lénye-gében megegyezik a random irányú, 4°-ban döntöttimplantációnál megfigyelhetôével. A profilokból azt isláthatjuk, hogy minden esetben több C-atom lépett kia rácsból, mint Si-atom. Ennek az az oka, hogy a ki-sebb rendszámú C-atommal kevesebb energiát kell

308 FIZIKAI SZEMLE 2007 / 9–10

közölnünk annak rácsközi térbe juttatásához, mint

5. ábra. 500 keV energiájú N+-besugárzás által keltett rácshibákmélységi eloszlása SiC-ban különbözô implantált dózisokra 1014 N+

cm−2 egységekben. A besugárzás a <0001> csatornairányból történt.Folytonos vonallal a Crystal-TRIM szimulációs program eredménye-it, szimbólumokkal a 3,5 MeV He+ BS/C-mérésekbôl kiértékelt pro-filokat tüntettük fel. A vastag vonal a random irányból, azaz a csa-tornához képest 4°-ban döntött N+-nyalábbal történt implantáció-hoz tartozik.

random csúcscsatornázott

csúcs

10 cm14 –2

rácshibák

szám

a(rel. egys.)

31

5

7,5

2,5

0,5

0,1

0,01

mélység (nm)0 200 400 600 800 1000

10

10

10

10

10

10

10

0

–1

–2

–3

–4

–5

–6

egy Si-atommal. A csatornázott implantációkor kelet-kezô rácshibaprofil nemcsak a pontos orientációraérzékeny, de az iondózistól is igen erôsen függ. Eztábrázoltuk a 5. ábrán a fenti példára. A görbéket aCrystal-TRIM [7] szimulációs programmal kaptuk. Kétcsúcsot láthatunk 550 nm és 1000 nm mélységben. Abombázó N+-ionok pozíciója az implantált felületenbelül véletlenszerûen oszlik el, így egy részük a felü-lethez érkezve P < Pmin távolságra közelíti meg a leg-közelebbi atomot. Ezek az ionok már a felülettôl ran-dom trajektóriákat követnek a csatornairányú belövésellenére. Az általuk keltett rácshiba-eloszlás csúcsalátható 550 nm mélységben. Ennek pozíciója meg-egyezik a vastag vonallal feltüntetett 4°-ban döntöttrandom implantációnál megfigyelhetô csúcséval. Az1000 nm-nél lévô csúcs a felületnél becsatornázódó, P> Pmin impakt paraméterrel érkezô ionok által keltettrácshibákhoz tartozik.

A Crystal-TRIM szimuláció szerint kis dózisok tarto-mányában a rácshibák száma kezdetben lineárisanfügg az implantáló dózistól, azonban a rácshiba-kon-centráció küszöbértéke (esetünkben az amorf állapot-nak megfelelô koncentráció kb. 1%-a) fölött a rácshi-baprofil erôsen torzulni kezd. Egy közbensô csúcs je-lenik meg, amely fokozatosan a random csúcs pozíció-ja felé tolódik. A dózis növelésével ugyanis egyre többrácsatom kerül a csatornákba újabb szórócentrumokatképezve, amelyek újra és újra random pályára kény-

szerítik a csatornázott ionok egy részét. Az 5. ábrán aBS/C-mérésekbôl kiértékelt rácshibaprofilokat is fel-tüntettük, amelyek jó egyezést mutatnak a Crystal-TRIM eredményekkel. Megjegyezzük, hogy a BS/C kí-sérleti módszer mérési adataiból kiértékelhetô profilokérzékenységi határa 1% körüli. Ennél kisebb rácshiba-koncentrációról mérési adatok nincsenek, az elérhetôtartományban azonban az 5. ábra mért és számítottkoncentráció értékei jó egyezést mutatnak. A szimulá-ció szerint a lineáris dózistartományban lesz a legna-gyobb a csatornahatás rácshiba-csökkentô hatása. Itt,az összes rácshibát tekintve, a csatornázott/randomarány körülbelül 1/7, míg a kísérletileg ellenôrizhetôtartományban 1/4–1/2 közötti érték. Összességébenazt mondhatjuk, a csatornahatás a ~1013 N+cm−2 és ezalatti dózisoknál a leghatékonyabb, de még az amor-fizációt (100% rácshiba-koncentrációt) okozó dózisokközelében is jelentôs szerepet játszik.

Végezetül a csatornairányú implantációnak azionos szintézisben játszott szerepérôl ejtünk néhányszót. Az ionos szintézis során implantált nagy dózisoklehetôvé teszik a céltárgy és a bombázó ionok általalkotott kémiai vegyületek képzôdését. Egy példaerre a ritkaföldfémek (pl. Er, Yb, Gd, Dy) implantá-ciója Si-egykristályba. Az erbium szilíciummal alkotottvegyülete ígéretes elektromos és mágneses tulajdon-ságokkal rendelkezik, kompatibilis a Si-technológiá-val, és jól alkalmazható például kis ellenállású kon-taktusrétegként különféle mikroelektronikai eszkö-zökben. Ugyanakkor probléma a jó minôségû er-bium-szilicid réteg elôállítása. Wu és társai randomirányú implantáción alapuló ionos szintézissel próbál-koztak, de így nem tudtak jó minôségû, összefüggôréteget elôállítani [8]. Viszont, amikor csatornaimplan-tációval lôttek be Er+-ionokat 450 °C hômérsékleten aSi-egykristályba az <111> irányból, akkor – több lépé-ses utóhôkezelés hatására – a Si-szubsztráthoz jólilleszkedô, jó minôségû, összefüggô, hexagonálisszerkezetû epitaxiális ErSi1,7 réteget kaptak. RBS/C-módszerrel részletesen vizsgálták a kialakuló ErSi1,7<0001> || Si <111> rendszer kristályszerkezetét, illet-ve az Er- és Si-atomok rácslokalizációját. A fenti esetlátványos példa a csatornahatás gyakorlati jelentôsé-gére az anyagtudományi kutatásokban.

A cikkben érintett témák segítségével talán sikerültrávilágítani a csatornahatás nyújtotta elônyök anyag-tudományi jelentôségére, és arra, hogyan lehet segít-ségünkre a csatornaimplantáció a kristályos szilárd-testekben történô ionfékezôdés részleteinek jobbmegértésében, a térben átfedô ionpályák közötti köl-csönhatások vizsgálatában. Mindemellett a csatorna-hatással kapcsolatos jelenségek mélyebb megértéseaz RBS és rokon technikákkal nyerhetô információkvantitatív kiértékelésénél is fontos tényezô.

Irodalom1. J. Gyulai, O. Meyer, J. W. Mayer, V. Rodriguez: Analysis of sili-

con nitride layers on silicon by backscattering and channelingeffect measurements. Applied Physics Letters 16 (1970) 232.

2. Gyulai J.: Részecskegyorsítóktól a nanotechnológiáig. FizikaSzemle 53/2 (2003) 54.

ZOLNAI ZS., N.Q. KHÁNH, BATTISTIG G.: A CSATORNAHATÁS SZEREPE IONSUGARAS ANALITIKAI ÉS IONIMPLANTÁCIÓS KÍSÉRLETEKBEN 309

3. Szilágyi E., Manuaba A., Pászti F., Battistig G. Hajnal Z.: Porózus

1. ábra. Fénynyaláb visszaverôdése és törése két közeg határfelü-letén.

F1

F0F0

s

p p

p s

s

0. közeg

1. közeg

minta síkja

beesési síks p

2. ábra. A közeg–vékonyréteg–szubsztrát rendszer optikai modellje.

F1

F2

F0

d1

közeg (0)

réteg (1)

szubsztrát (2)

anyagok vizsgálata ionsugaras módszerekkel. Fizikai Szemle49/4 (1999) 121.

4. Z. Zolnai, N.T. Son, C. Hallin, E. Janzén: Annealing behavior ofthe carbon vacancy in electron-irradiated 4H-SiC. Journal ofApplied Physics 96 (2004) 2406.

5. Z. Zolnai, A. Ster, N.Q. Khánh, E. Kótai, M. Posselt, G. Battistig, T.Lohner, J. Gyulai: Damage accumulation in nitrogen implanted6H-SiC: Dependence on the direction of ion incidence and on theion fluence. Journal of Applied Physics 101 (2007) 023502.

6. E. Kótai: Computer methods for analysis and simulation of RBSand ERDA spectra. Nuclear Instruments and Methods B85(1994) 588.

7. M. Posselt: Crystal-TRIM and its application to investigations onchanneling effects during ion implantation. Radiation Effectsand Defects in Solids 130–131 (1994) 87.

8. M.F. Wu, A. Vantomme, J. De Wachter, S. Degroote, H. Pattyn,G. Langouche, H. Bender: Comprehensive Rutherford backscat-tering and channeling study of ion-beam-synthesized ErSi1.7 la-yers. Journal of Applied Physics 79 (1996) 6920.

AZ ELLIPSZOMETRIA ALKALMAZÁSA FÉLVEZETÔ-FIZIKAIKUTATÁSOKBAN Lohner Tivadar, Gergely György, Petrik Péter, Fried Miklós

MTA Muszaki Fizikai és Anyagtudományi Kutatóintézet

A félvezetô-fizikában és -technológiában, valamint amikroelektronikában és a hozzájuk kapcsolódó anyag-tudományi kutatásokban egyre fontosabbá válnak a fe-lületközeli, roncsolásmentes, in situ vizsgálatot lehe-tôvé tevô mérési eljárások. Az ellipszometria (ELL)olyan optikai módszer, amely a fenti követelményekteljesítésén túl még pontos, gyors és olcsó is, és nemigényel különösebb mintaelôkészítést.

Az ELL az a mérési módszer, amellyel a mintárabeesô monokromatikus fény visszaverôdés utáni po-larizációs állapotváltozását mérhetjük meg [1, 2]. Az 1.ábra egy fénynyaláb két közeg határfelületén bekö-vetkezô visszaverôdését és törését mutatja. A beesô ésa visszavert fénynyaláb elektromos térerôsségvektoráta beesési síkkal párhuzamos (p ) és a beesési síkramerôleges (s, a német senkrecht szóból) komponen-sekre bontjuk. A kísérletekben az egyszerûség kedvé-ért lineárisan poláros beesô nyalábot alkalmaznak, ésekkor a reflektált nyaláb elektromos térerôsségvekto-rának komponensei által leírt polarizációs ellipszis-ben a nagytengely és a kistengely aránya tgψ, az azi-mutszöge pedig ∆. A reflexió során a polarizációs ál-lapot megváltozását a ρ = (tgψ)exp(i∆) komplex ref-lexiós arány fejezi ki.

A tömbi anyag reflexiója egyetlen határfelülettelleírható. A komplex reflexiós arány azonban felületivékonyréteg-szerkezetek esetén nem ilyen egyszerû,mivel a behatoló refraktált nyalábnak a mélyebb ha-

tárfelületekrôl való visszaverôdését is figyelembe kellvenni. Ha a tömbi anyagon egy – vagy spontán mó-don kialakult (pl. oxid), vagy valamilyen módszerrelleválasztott – vékonyréteg van, ekkor a 2. ábrán lát-ható közeg–vékonyréteg–szubsztrát rendszer optikaimodelljét alkalmazzuk.

Látjuk az ábrán, hogy a visszaverôdô fénynyalábrészhullámokból tevôdik össze, egy végtelen sorösszegzésével kapjuk meg a beesési síkkal párhu-zamos és az arra merôleges komponensekre az úgy-nevezett totális amplitúdó-reflexióképességeket.Több felületi réteg esetében a modellnek számításbakell vennie a sokszoros törések és visszaverôdésekhatását.

Az ELL fô elônye az, hogy az optikai komplexmennyiségek reális és képzetes részét (a törésmuta-tót és a fényelnyelést leíró extinkciós együtthatót)egyszerre, egy mérésbôl kapjuk meg, még egyhul-lámhosszas mérések esetén is, ellentétben más opti-kai módszerekkel (pl. reflexiómérés vagy interferen-ciamérés).

Az interferometriában azt hasonlítják össze, hogykét fényút különbsége mekkora. Az ELL csak 2π-nélkisebb fázisváltozást tud kimutatni, de a minimálismért változás 2π/1000, még egyszerû filmpolarizáto-rok esetén is (ez tizednanométer pontosságot jelentegykristályos szilíciumon létrehozott vékony SiO2-réteg vastagságának meghatározása esetén)! A beesô

310 FIZIKAI SZEMLE 2007 / 9–10

fény ellipticitásának paramétereit a feladathoz lehetoptimalizálni, így nagyon vékony rétegek, vagy kisváltozások is mérhetôk.

Az ellipszometria elnevezés abból ered, hogy a li-neárisan poláros fény ferde visszaverôdés után általá-nos esetben elliptikusan poláros lesz. Az ELL széleskörben viszonylag késôn terjedt el. Ennek az az oka,hogy a minta fizikai tulajdonságai indirekt módon, amért komplex reflexiós együtthatóból az esetek több-ségében komplex, nemlineáris egyenletrendszerekmegoldásával határozhatók meg. Ezért a mérések ru-tinszerû végrehajtásának és kiértékelésének feltételea számítási kapacitás olcsóvá válása volt, amit a sze-mélyi számítógépek elterjedése rendkívüli mérték-ben segített.

Az elôzmények

Hazánkban az ellipszometriai (ELL) kutatások 1965-renyúlnak vissza. Az MFKI és a Távközlési Kutató Inté-zet újpesti laboratóriuma (TKI2) széles körû együtt-mûködést folytatott. Ellipszométeres mérések igényé-vel a Tungsram Félvezetô fôosztálya (Giber János )fordult a TKI2-ben Gergely Györgyhöz, aki az MFKI-ban is dolgozott. Ádám János (TKI2) már 1965-benelkészítette Ellipszometria tanulmányát, továbbá egyellipszométer megépítésének részletes terveit. A TKI21966-ban saját mûhelyében megépítette az elsô hazaiellipszométert. A polarizációs optikai elemeket azNSZK-ból tudta csak beszerezni, az összes többi al-katrész hazánkban készült, részben a MOM (teodolit-alkatrészek), részben a Hajógyár (hordozó lemez)közremûködésével. A fényforrás nagy nyomású hi-ganylámpa volt, az fô Hg-vonalak számára interferen-cia-szûrôkkel (Carl Zeiss Jena). 1967-ben a TKI2-benmegkezdôdtek a Si MOS-tranzisztorok oxidrétegénekmérései.

Az MFKI-ban Szigeti György igazgató jóváhagytaegy korszerû ellipszométer beszerzését a Gaertner(USA) cégtôl, melyet 1968-ban helyeztünk üzembe. Afényforrás itt is nagy nyomású Hg-lámpa volt interfe-rencia-szûrôkkel, továbbá HeNe-lézer. Az ellipszomé-ter kalibrációját Forgács Gábor végezte el [3] új eljárá-sával. Dao van Phouc aspiráns (Vietnam) kandidátusiértekezésében a Gaertner-ellipszométerrel SiO2/Si-ré-tegek ELL-méréseivel foglalkozott.

A SiO2/Si-rendszer ellipszométeres vizsgálatai

Az ELL mérésekbôl származtatják a ψ és ∆ értékeket.A ∆ a felületi (oxid-) réteg vastagságára jellemzô. AzELL-mérésekbôl meghatározható az oxid törésmutató-ja és tömörsége, továbbá a hordozó optikai állandóiis. A Si MOS- és MIS-technológia elsôsorban a felületioxid- (vagy egyéb szigetelô) réteg vastagságát igényli,ezt ELL segítségével ellenôrzi és szabályozza. A legna-gyobb kihívást az ELL-mérések kiértékelése jelentette.A Fresnel-képletekhez mestergörbéket és táblázatokat

készítettünk. 1969-ben hazánkban csak két nagy szá-mítógép állott rendelkezésre. Az MFKI–TKI2 együtt-mûködés keretében Szûcs Bertalan a TKI2 munkatár-sa a Statisztikai Hivatal számítógépével készítette el apsi–delta számításokat a SiO2/Si-rendszerre a 254,313, 334, 365, 404,6, 435,8, 546 nm hullámhosszú in-tenzív Hg-vonalakra, továbbá a 632,8 nm hullám-hosszú HeNe-lézer vonalra. A táblázatok a 0–800 nmoxidvastagság-tartományt fogták át. Szigeti akadémi-kus javaslatára az Ellipsometric tables of the Si–SiO2

system for mercury and HeNe laser spectral lineskönyvet az Akadémiai Kiadó 1971-ben megjelentette[4]. Ezt a könyvet használta a teljes hazai félvezetô-kutatás (MFKI, HIKI), -fejlesztés (TKI, Tungsram,MEV) és -gyártás (Tungsram) több mint 10 esztendônát. A könyvnek nemzetközi visszhangja volt, számoshivatkozással.

ELL-mérések az MFKI félvezetô-technológiában

1970 után az MFKI Gaertner-ellipszométerét a félveze-tô-technológia használta Si MOS, MIS, GaAs, szilícium-nitrid és szilícium-oxinitrid rétegek vizsgálatainál. Atovábbiakban csak olyan munkákról szólunk, melyek-rôl közlemény jelent meg. 1987 óta az ELL-kutatásokataz MFKI már az ATKI-val együttmûködve folytatta.

Közös munkánk volt a Tungsram Kutatóval az ATKI-ban implantációval amorfizált Si felületi rétegek optikaiállandóinak meghatározása. A mintákat az MFKI Gaert-ner-ellipszométerével Somogyi Mária vizsgálta (546nm), valamint Ádám János öt Hg-vonalnál. Több beesé-si szögnél történt mérés. A kiértékelést az ATKI-banFried Miklós és munkatársai végezték. Az n és k optikaiállandók különböztek a kristályos Si-tól és függtek azelôállítási paraméterektôl [5].

Ezután az MFKI fôleg a III–V félvezetôknél alkalmaz-ta az ellipszometriát. Eredményesek voltak a GaP felü-leti oxidrétegének ELL-vizsgálatai a Gaertner-ellipszo-méterrel. A kiértékelésnél Bíró Sándor (TKI2) FORT-RAN-programját alkalmazták. Fô cél az oxidréteg vas-tagságának meghatározása volt, de az ELL egyéb infor-mációkat is nyújtott. Az ATKI-ban végezték az RBS-vizsgálatokat az oxidrétegeken [6, 7]. Az elektrondiff-rakciós vizsgálatokat Farkasné Jahnke Mária végezteaz MFKI JEOL elektronmikroszkópjával [7].

Az ELL alkalmazása az MFKI–Clermont-FerrandEgyetem együttmûködésében,az ATKI közremûködésével

Az MFKI-ban B. Gruzzával 1979 óta dolgoztunkegyütt. Itt két témáról szólunk.

B. Gruzza fô kutatási témája az InP félvezetô. AzInP-technológiai kutatásokban készített Al2O3 vékony-rétegeket InP felületén, MIS célokra. Az oxidot Knud-sen-cellából, grafittégelybôl párologtatta, azt elektron-bombázással fûtötte. A rétegszerkezet hôkezelésével

LOHNER T., GERGELY GY., PETRIK P., FRIED M.: AZ ELLIPSZOMETRIA ALKALMAZÁSA FÉLVEZETO-FIZIKAI KUTATÁSOKBAN 311

az InP felületén InSb-réteg képzôdik. A technológia

3. ábra. Mért (szimbólumok) és illesztett (folytonos vonal) ellipszo-metriai spektrumok nagydózisú He-ionokkal implantált és hôkezeltszilíciumon.

–

–

–

–

–

–

– – – – –

tan

Y

70,22°75,06°76,02°77,02°80,15°fit

40 keV, 5·10 He /cm16 + 2

650°C, 1 h

– – – – – – – – –

700

fotonenergia (eV)

600500400300hullámhossz (nm)

4 3 2

0,4

0,2

0

– – – – –

–

–

–

–

–

–

–

– – – – – – – – –

700

fotonenergia (eV)

600500400300hullámhossz (nm)

4 3 2

cosD

0,5

0

-0,5

számára nagyfontosságú az Al2O3 réteg vastagságánakmérése. Erre a célra automata ellipszométer állottrendelkezésre a Clermont-Ferrand-i Egyetemen.HeNe-fényforrást alkalmaztak. A rétegfelvitel kalibrá-lását Al2O3/Si ELL-mérésekkel végezték. ELL-mérése-ket végeztek Al2O3/InP továbbá Al2O3/InSb/InP (InSb1 és 2 nm vastag) rendszerekkel. A kiértékeléshez amestergörbéket Lohner Tivadar és Fried Miklós készí-tették, az eredményekbôl közös publikáció született.Az Al2O3-Al optikai állandóival Bodó Zalán, BarnaPéter, Ádám János és P. Croce (Inst. Optique, Orsay)-val közös kutatásainkban foglalkoztunk, ezekrôl Ger-gely György összefoglalót közölt a Fizikai Szemlében(1990/11, 335. és 2006/2, 65).

Intenzív, széleskörû együttmûködést folytattunk B.Gruzzával a PSL (porózus Si) területén is. A PSL min-tákat Vázsonyi Éva készítette az ATKI-ban. Az ELL-mérések Clermont-Ferrand-ban készültek az automa-tikus ellipszométerrel. Fried Miklós és munkatársaimár 1994–96-ban kidolgozták a PSL ellipszométeresmodelljét és a spektrumok kiértékelését. Az eljárástátvette a francia egyetem. Az ELL kísérleti eredménye-ket Lohner Tivadar értékelte ki, az eredményeket kö-zösen publikáltuk [8].

Ionimplantált szilícium vizsgálataellipszometriával Csillebércen

Az ionimplantációs kutatások során észleltük, hogybizonyos implantációs feltételek mellett szemláto-mást különbség mutatkozott az implantált és az imp-lantálatlan szilícium színe között. Ekkor adódott agondolat, hogy érdemes lenne megvizsgálni ezeket amintákat ellipszometriával is, és kapcsolatot keresniaz ionimplantációs mûvelet paraméterei (ion, ener-gia, dózis) és az ionimplantáció által elôidézett opti-kai változás között. Az elsô kísérletben szilíciumio-nokkal bombázott szilíciumot vizsgáltunk, azaz ön-implantációt alkalmaztunk, hogy az esetleges kémiaihatást elkerüljük. Az ionimplantáció által okozottrácsrendezetlenséget csatornahatással kombinált Ru-therford-visszaszórással vizsgáltuk. Rövidesen a tech-nológiában használatos foszforionok implantálásávalfolytattuk a munkát, amelynek eredményeit az elsôKFKI-ban megírt ELL-témájú folyóiratcikkben tettükközzé [9].

Vizsgálataink közül a hélium-ionokkal implantáltszilícium spektro-ellipszometriai vizsgálata során elérteredményeket mutatjuk be röviden. A kísérletek fran-cia kutatók kezdeményezésére indultak. NagydózisúHe-implantáció hatására He-buborékok alakulnak ki aszilícium-egykristályban, ami getterezésre, töltéshor-dozók élettartamának beállítására és szilícium-szigete-lôn szerkezetek létrehozására alkalmas [10]. A He-buborékok mélységbeli eloszlását hagyományosantranszmissziós elektronmikroszkópiával vizsgálták, dea buborékok és az egykristályos szilícium között alátható és közeli infravörös hullámhossztartományban

meglévô nagy törésmutató-kontraszt miatt spektrosz-kópiai ellipszometriával is nagy pontossággal, gyor-san és roncsolásmentesen vizsgálható a minta mély-ségbeli szerkezete. A He-buborékok mélységbeli el-oszlását üregprofillal írjuk le.

Az ellipszometriai spektrumok, azaz a beesési sík-kal párhuzamos és arra merôleges komplex reflexiósegyütthatók hányadosának abszolút értéke (tgψ) ésfázisa (cos∆) ma már nagy pontossággal, rutinszerûenmérhetôek kereskedelmi forgalomban megvásárolha-tó ellipszométerekkel. A nehézséget a mért spektru-mok értelmezése jelenti, amihez megfelelô optikaimodellt kell konstruálni, és a számolt spektrumokat amodellparaméterek változtatásával a mért spektru-mokra illeszteni. A 3. ábra a 40 keV energiájú, 5×1016

cm−2 dózisú He-ionok egykristályos szilíciumba imp-lantálása, majd 650 °C-on 1 óráig N2-atmoszférábantörtént hôkezelése nyomán kialakult üregprofilróltöbb beesési szögnél mért ellipszometriai spektrumo-kat mutatja. Fontos megemlíteni, hogy a 40 keV ener-giájú He-ionok hatótávolsága szilíciumban körülbelül350 nm, a 650 °C-on 1 óra hosszat végzett hôkezeléssorán pedig az ionimplantáció által keltett rácssérülé-sek nagy része kihôkezelôdik.

Bár a mért spektrumokból a gyakorlott szem már letud vonni bizonyos következtetéseket, a minta para-métereinek pontos meghatározása csak számítógépesszimulációval lehetséges. A cos∆-ban a 450 nm hul-lámhossz fölött a 75–77°-os beesési szögek eseténmegjelenô interferencia-oszcillációk azt mutatják,hogy az üregprofil (kb. 200–400 nm mélységértékek

312 FIZIKAI SZEMLE 2007 / 9–10

között) ebben a hullámhossz-tartományban jól látha-

4. ábra. Hibatérkép 10-rétegû modellre, a rétegvastagságot és azüregarányt az 5. rétegben változtatva.

200

180

160

140

120

100

80

60

40

20

0

rétegv

astagság

(nm)

1,0

0,9

0,8

0,7

0,6

0,5

0,4

0,3

0,2

0,1

0 0,2 0,4 0,6 0,8 1üregarány

– – – – – –5. ábra. Üregprofil keresztmetszeti transzmissziós elektronmikrosz-kópiával (TEM) és spektroszkópiai ellipszometriával (SE). A ponto-zott vonal a kevesebb alréteggel számolt, durvább számolás ered-ményét mutatja.

100 nm

–

–

–

0,2

0,1

0

– – – – – – – – – – – – – – – – – – – – – – –

0 100 200 400

SE

mélység (nm)

üreg–

térfogat

arán

y

6000

4000

2000

0

–

–

–

–

– – – – – – – – – – – – – – – – – – – – – – –

0 100 200 400

TEM

800°C, 60 perc (3. minta)

mélység (nm)

teljesüregfelület

(nm

)2

tó. A megfelelô beesési szög kiválasztása ugyancsakfontos, mert 70°-os és 80°-os beesési szögek mellett acos∆-spektrumokból eltûnik a struktúra, és belesimul-nak a −1, illetve +1 tengelybe. A folytonos vonalak aztmutatják, hogy megfelelô optikai modellel a mértspektrumok igen jól illeszthetôk.

Az optikai modellben az üregeket tartalmazó tarto-mányt alrétegekre bontjuk. Az alrétegek törésmutató-jának számolásakor feltételezzük, hogy azok egykris-tályos szilícium- és üregfázisok keverékeként írhatókle. Ez a feltételezés akkor igaz, ha a fázisok méretesokkal kisebb, mint a vizsgáló fény hullámhossza, deelég nagy ahhoz, hogy a tömbi törésmutató-referenciahasználható legyen. Ezután az alrétegek törésmutató-ját az üreg–térfogat aránya mint illesztett paraméterfogja megadni.

Az illesztés jóságának adott paramétertôl való füg-gése két változó paraméter esetén hibafelülettel szem-léltethetô. A 4. ábra egy tízréteges modellben mutat-ja, hogy az illesztés jósága hogyan függ az 5. rétegvastagságától és üregkoncentrációjától. Látható, hogy20%-os üregkoncentráció környékén a rétegvastagságfüggvényében több lokális minimum is található,amelyekbe a gradiensmódszerrel végzett paraméteril-lesztés „beragadhat”. Ezért fontos, hogy ezt a lépéstkiterjedt „paraméterkeresés” elôzze meg, amelyneksorán a feltételezett paramétertartományban véletlen-szerû paraméterkombinációkra kiszámoljuk az illesz-tés hibáját, és a gradiensillesztést csak a legjobb érté-kekrôl (a feltételezett globális minimum „oldalfala”)indítjuk.

Ennek köszönhetôen kiváló egyezést kapunk atranszmissziós elektronmikroszkópiával meghatáro-zott üregprofillal. A paraméterek számának csökken-tésére lehetôség van a profil adott függvénnyel valóleírására. Legjobb egyezést azonban független üreg–térfogat arány paraméterekkel kaptunk, valamint azalrétegek vastagságát egymáshoz csatoltuk. A réteg-vastagság csatolása azt jelenti, hogy minden alrétegvastagsága ugyanakkora, ezt az egy vastagságértéket

viszont illesztjük. Ebben az esetben az ellipszometriá-val a getterezési határfelületen (kb. 400 nm mélység-ben) az üreg–térfogat arányban található csúcsot issikerült kimutatni (5. ábra ).

A szerzôk köszönetüket fejezik ki egykori és jelenlegimunkatársaiknak az eredmények eléréséhez bármi-lyen módon nyújtott segítségükért. Az olvasókat pe-dig arra bátorítják, hogy a további részletek megisme-rése céljából látogassák meg az MTA MFA ellipszo-metriai laboratóriumának honlapját: http://www.mfa.kfki.hu/photondp/ndestest/ellipso/index.html

Irodalom1. R.M.A. Azzam, N.M. Bashara: Ellipsometry and Polarized Light.

North-Holland Publishing Company, Amsterdam, 1977.2. Fried M., Lohner T., Petrik P., Polgár O., Volk J.: Ellipszometria

a vékonyréteg-technológiában. Fizikai Szemle 53/6 (2003) 200.3. G. Forgacs. Journal of Physics D., Applied Physics 3 (1970)

1513.4. G. Gergely, G. Forgács, B. Szücs, Dao van Phouc: EllipsometricTables of the Si–SiO2 System for mercury and He-Ne Laser Spect-ral Lines. Akadémiai Kiadó, Budapest, 1971.

5. M. Fried, T. Lohner, E. Jároli. G. Vizkelethy, A. Kótai, J. Gyulai,A. Biró, J. Ádám, M. Somogyi, H. Kerkow: Optical properties ofthermally stabilized ion implantation amorphized silicon. Nucle-ar Instruments and Methods B 19/20 (1987) 577.

6. G. Mezey, T. Nagy, J. Gyulai, T. Lohner, M. Somogyi: Substo-chiometric native oxide layers on GaP studied by He backscat-tering. Thin Solid Films 43 (1977) L23.

7. M. Somogyi, M. Farkas-Jahnke, G. Mezey, J. Gyulai: Investiga-tion of surface layers produced by chemical treatment of GaP.Thin Solid Films 60 (1979) 377.

8. C. Robert, L. Bideux, B. Gruzza, M. Cadoret, T. Lohner, M.Fried, A. Vazsonyi, G. Gergely: Spectroellipsometry and elect-ron spectroscopy of porous Si thin films on p+ substrates. ThinSolid Films 317 (1998) 210.

9. T. Lohner, G. Mezey, E. Kótai, F. Pászti, L. Királyhidi, G. Vályi, J.Gyulai: Ellipsometric and channeling studies on ion-implantedsilicon. Nuclear Instruments and Methods B 182/183 (1981)591–594.

10. P. Petrik, F. Cayrel, D. Alquier, M. Fried, T. Lohner, O. Polgár,J. Gyulai: Optical models for cavity profiles in high-dose heli-um-implanted and annealed silicon measured by ellipsometry.Journal of Applied Physics 97 (2005) 123514.

LOHNER T., GERGELY GY., PETRIK P., FRIED M.: AZ ELLIPSZOMETRIA ALKALMAZÁSA FÉLVEZETO-FIZIKAI KUTATÁSOKBAN 313

PERIODIKUS NANOSTRUKTÚRÁK MAKROSZKOPIKUSAN

1. ábra. 350 nm átmérôjû Stöber-szilikarészecskék transzmisszióselektronmikroszkópos felvétele.

NAGY FELÜLETEKEN Nagy Norbert1, Pap Andrea Edit1, Deák András2,Horváth Eniko1, Hórvölgyi Zoltán2, Bársony István1

1MTA Muszaki Fizikai és Anyagtudományi Kutatóintézet2Budapesti Muszaki és Gazdaságtudományi Egyetem,Fizikai Kémia és Anyagtudományi Tanszék

Nanotechnológia, fotonika, plazmonika. Elég fella-pozni a Fizikai Szemle februári és áprilisi számát,hogy színvonalas áttekintést kapjunk e népszerû kuta-tási területek szépségeirôl, az új jelenségekben rejlôizgalmas lehetôségekrôl és kiaknázásuk inspiráló ki-hívásairól [1–3]. Rácsodálkozhattunk az elektromág-neses sugárzás és a hullámhosszával összemérhetôperiodicitású szerkezet kölcsönhatásakor a szemünk,mûszerünk elé táruló új effektusokra.

A tudományos világ lelkesen hódítja az új kihívástjelentô csúcsokat, hiszen például a fotonikus kristá-lyok tervezése és modellezése az elméleti szakembe-rek számára jelent szép feladatot, míg elôállításukfolyamatosan a technológia teljesítôképességénekhatárába ütközik. Nem csoda hát, hogy a leginkábbelôrehaladott eredményeket a szilíciumfotonika terénérték el, mert ez a technológia – a jól ismert okokból– a leginkább kidolgozott.

Gondoljunk bele, hogy például egy szilíciumszeletfelületén, két dimenzióban, periodikus szerkezetetkell létrehoznunk. Ennek kialakításához – az egysze-rûség kedvéért – fúrjunk adott mélységû, négyzethá-lóban elhelyezkedô lyukakat a szeletbe 300 nm-esperiódushosszal. A meglévô, jól kézben tartható tech-nikákkal ez nem is okoz gondot: például fókuszáltionnyalábbal a kívánt felbontásban is megoldható.Sôt, elektronsugaras litográfiával ablakokat nyitva aszilíciumfelület rezisztbevonatába, majd megfelelôelektrokémiai marás alkalmazásával [4] ugyancsaksikert érhetünk el. Ellenben mindkét említett nyalábegyenként alakítja ki az objektumokat! Amíg „nanote-rületeken” képzeljük el mindezt, sehol semmi gond,de makroszkopikus felületek esetén – még kétdimen-ziós periodicitás is – ésszerû idô alatt bajosan megold-ható. Hiszen egy 3×3 cm2-es felület megmintázása300 nm-es periódushosszal 1010 db lyukat jelent. Eznagyjából olyan feladat, mint a Duna–Tisza-közénméterenként ásni egy gödröt.

Tehát alapvetôen más megközelítés kell. A „fentrôl le-felé” megmunkálás („kifaragás”) helyett feltétlenül szük-ségünk van egy rendszerre, amely „lentrôl felfelé” éslehetôleg „magától” hozza létre a kívánt rendet – mak-roszkopikus méretben, de nanoméretû objektumokból.

Ez az igény ihlette a cikkben bemutatott kísérletso-rozatot. Az eljárás az MTA Mûszaki Fizikai és Anyag-tudományi Kutatóintézet (MFA) és a Budapesti Mû-szaki és Gazdaságtudományi Egyetem Fizikai Kémiaés Anyagtudományi Tanszékének Kolloidika Csoport-ja interdiszciplináris – s kimondhatjuk: példaértékû –együttmûködésének eredménye.

Bizony, kolloidika! A kolloidkémia anyagi rendsze-reinek jelentôs része nanoszerkezetû, és felhalmozotthatalmas tudásanyaga, valamint kidolgozott, rutinsze-rû eljárásai, módszerei kiváló eszközök lehetnek ananotechnológia szerszámosládájában. Válogassunkhát belôlük!

Szilika-részecskék ésa Langmuir–Blodgett-technika

Stöber és munkatársai olyan egyszerû eljárást dolgoz-tak ki – még 1968-ban – amellyel alkoholos közegûszilika (SiO2) diszperziókat állíthattak elô, tetraalkil-ortoszilikátok kontrollált hidrolízisével. A módszerszûk méreteloszlású, gömb alakú részecskéket ered-ményezett, amelyek átmérôje a kiindulási reagensekösszetételén keresztül 20 nm – 2 µm intervallumonbelül pontosan beállítható (1. ábra ).

Hogyan készíthetünk egyszerûen rendezett perio-dikus szerkezetet az elkészített szilika diszperziónk-ból? Folyadékfelszíni, oldhatatlan monomolekulás fil-mek vizsgálatára mintegy száz éve alkalmazzák afilmmérleget. Mikro- és nanorészecskék filmmérleg-beli tanulmányozásának elterjedése fôként az elmúltévtizedben jellemzô. A filmmérleg alapját egy jellem-zôen teflonból készült kád képezi, mely a szubfázistalkotó folyadékkal – esetünkben nagytisztaságú víz-zel – van töltve (2.a ábra ). A vizsgált anyag terítését

314 FIZIKAI SZEMLE 2007 / 9–10

követôen a molekula- vagy részecskeréteget (mely a

2. ábra. Az úgynevezett Wilhelmy-típusú filmmérleg (a) és a Lang-muir–Blodgett-filmek elôállításához használt filmhúzó apparátus (b)sematikus ábrája.

PCa)

b)

3. ábra. 350 nm átmérôjû Stöber-szilikarészecskékbôl készült egy-(a) és kétrétegû (b) LB-film FESEM-felvétele.

a)

b)

tapasztalatok szerint monomolekulás, illetve mono-rétegû) mozgatható korlát segítségével komprimál-ják. Így a határfelületen csapdázódott molekulák,illetve részecskék egyre közelebb kerülnek egymás-hoz, tömör szerkezetû filmet képezve. Komprimálásközben mérhetô a filmek oldalnyomása (az összenyo-mással szemben megmutatkozó ellenállása), amely-nek ismerete fontos a késôbbi filmképzési eljárásszempontjából.

Mozgó korlát(ok) segítségével a filmet komprimál-va a réteg tömörödik, majd az oldalnyomás hirtelennövekedését tapasztaljuk. Az oldalnyomás egészen akollapszusig egyenletesen meredeken nô, ezután afilm szerkezete letörik, ami az oldalnyomásgörbeemelkedésének megtörésében mutatkozik meg. Akollapszus után – a részecskék nedvesedési tulajdon-ságaitól függôen – a részecskék vagy kiszorulnak ahatárrétegbôl a szubfázisba, vagy a réteg gyûrôdésefigyelhetô meg. Egy szemléletes képpel élve: perem-mel határolt asztallapon szétszórt kétforintosokat to-lunk össze egy vonalzóval. Amíg az érmék egymástóltávol vannak, könnyû ôket tömöríteni. Ha már érint-keznek, nagyobb erôre van szükség ahhoz, hogy mégszorosabb illeszkedésre kényszerítsük ôket. Végül,mikor az érmék hirtelen egymás hátára ugranak, elér-jük a kollapszust.

A Langmuir–Blodgett (LB)-technika (1937) lényege,hogy filmmérlegben komprimált, vízfelszíni moleku-lás, illetve részecskés filmek [5] különbözô szubsztrá-

tumokra telepíthetôk, a szilárd hordozó függôlegesirányú kihúzásával a szubfázisból (2.b ábra ). A réteg-képzési folyamat elvileg tetszôleges alkalommal ismé-telhetô, így többrétegû, rendezett szerkezetû filmek iskialakíthatók. Tehát a technika lehetôvé teszi, hogyegy lépésben, akár szeletméretû felületre vigyünk felmonorétegû filmet, melyben a nanogömbök szabá-lyos rendben, szoros illeszkedésben helyezkednek el.Többrétegû film készítéséhez a lépést egyszerûenmeg kell ismételni. Ekkor, természetesen, a követke-zô réteg is a szoros illeszkedésnek megfelelôen he-lyezkedik el az alatta lévô rétegen (3. ábra ).

Részecskefilmek alkalmazása – maszkként

Láttuk, hogy a LB-technika jól kézben tartható és ha-tékony eljárás egy-, illetve többrétegû rendezett szer-kezetû – ha nem is tökéletesen hibamentes – részecs-kefilmek nagy felületû, akár szeletméretû, szilárd hor-dozóra telepítéséhez. A kérdés már csak az, hogyanképezhetô át a LB-film részecskeátmérônek megfelelôperiodicitása a szilíciumfelület domborzati mintázatá-vá – vagyis kétdimenziós fotonikus szerkezetté? Kísér-letsorozatunk [6] a következô elgondoláson alapul:megfelelô (350 nm) átmérôjû Stöber-szilikarészecskék

NAGY N., PAP A.E., DEÁK A., HORVÁTH E., HÓRVÖLGYI Z., BÁRSONY I.: PERIODIKUS NANOSTRUKTÚRÁK MAKROSZKOPIKUSAN … 315

LB-rétegeit használjuk maszk- 1. táblázat

A kísérletsorozat fôbb technológiai paramétereinek összefoglalása

implantált ionok (20 keV, 1014 ion/cm2)relaxáció: 600 °C, 30 min; aktiválás: 900 °C, 60 min

kiindulási szelet(100)

bór(120 nm, 1019 cm−3)

foszfor(50 nm, 1019 cm−3)

p-típusú(10–15 Ωcm)(1015 cm−3)

egyrétegû maszk7:3 HF:etanol;

25 mA/cm2; 12 s

kétrétegû maszk7:3 HF:etanol;

25 mA/cm2; 12 s

egyrétegû maszk7:3 HF:etanol;

25 mA/cm2; 12 s

n-típusú(4–6 Ωcm)(1015 1/cm3)

egyrétegû maszk7:3 HF:etanol;

25 mA/cm2; 14 selôlap-megvilágítás

egyrétegû maszk7:3 HF:etanol;

25 mA/cm2; 14 selôlap-megvilágítás

4. ábra. A kulcslépés szemléltetô ábrája: szilika LB-film alkalmazásamaszkként az ionimplantációhoz.

20 keV energiájúadalékionok

nanorészecskés film

szilíciumszelet

5. ábra. Az elektrokémiai marató cella sematikus rajza (a) és mikro-pórusos szilícium réteg keresztmetszeti FESEM-felvétele (b).

b)

a)

platina elektróda savas elektrolit

vezéreltáramsûrûség

teflon cella

alumínium hátlapkontaktusszilícium szelet

ként adalékionok implantá-ciójakor (4. ábra ). A részecs-kék átmérôjének pontos is-meretében (Monte-Carlo szi-mulációk alapján) jól megvá-lasztható az az implantációsenergia, amelynél az ionokbiztosan megállnak a részecs-kékben, köztük pedig elérik ahordozó felületét. A szilícium-szelet felsô rétegében ígyperiodikus adalékkoncentrá-ció-eloszlást hozunk létre. Amaszkréteg eltávolítása ésmegfelelô hôkezelés (a keltett rácshibák relaxációjaés az implantált adalékionok elektromos aktiválása)után – a szilícium elektrokémiai marásával alakíthatódomborzati struktúrává (5. ábra ). Errôl az eljárásrólés alkalmazási lehetôségeirôl bôvebben [4]-ben olvas-hatunk. Most elég annyit tudnunk, hogy a marás pre-ferenciálisan ott zajlik, ahol a lyukak – mint töltéshor-dozók – koncentrációja nagyobb. Ahol a marási frontáthaladt, pórusos tartományok alakulnak ki. A „szi-vacsbeli” pórusok mérete és a megmaradt kristályosszilíciumváz falvastagsága a marás elektromos para-métereinek és a szelet adalékkoncentrációjának függ-vénye. Esetünkben a pórusok mérete körülbelül 10–15 nm. A pórusos részek végül lúgos marással egysze-rûen leoldhatók.

Változatos szerkezetek reményében implantáljunkp- és n-típusú szilíciumot bórral is, foszforral is! A kü-lönbözô eseteket az áttekinthetôség kedvéért – néhányszámszerû adattal – az 1. táblázatban foglaltuk össze.

A periodikus szerkezetek kialakulásáról közvetle-nül a marás után tudomást szerezhetünk, mert a diff-rakció már szabad szemmel is megfigyelhetô! A félbe-tört minták egyik felérôl lúgos marással oldjuk le apórusosra mart részeket, ezekrôl téremisszós pásztázóelektronmikroszkóppal (FESEM) felülnézeti képeket,a változatlanul hagyott darabokról keresztmetszetifelvételeket készíthetünk.

Az eredményül kapott szerkezetekés kialakulásuk értelmezése

Az egyrétegû LB-maszkon keresztül bórral implan-tált, p-típusú minta (6. ábra ) esetén a marás prefe-renciálisan az implantált régiókban zajlott, vagyis ananorészecskék közti „hézagoknak” megfelelô felü-leten. Ennek bizonyítékát is felfedezhetjük, példáula 6.a ábrán látható felülnézeti képen. Ahol a masz-koló LB-rétegben részecskevakancia – befagyottlyuk – volt, a kristályos szilícium oszlop hiányzik,

316 FIZIKAI SZEMLE 2007 / 9–10

ennek helyét jelöli (fehér) kör. A megdöntött ke-

6. ábra. A bórral implantált p-típusú minta felülnézeti FESEM-felvé-telei a pórusos tartományok leoldása után (a), illetve megdöntöttkeresztmetszeti képe a lúgos marás elôtt (b). A nyilak a kristályosszilíciumoszlopokat jelölik.

a)

b)

7. ábra. Kétrétegû LB-maszkon keresztül bórral implantált p-típusúminta felülnézeti FESEM-felvételei a pórusos szilícium leoldása után(a), illetve keresztmetszeti képe a pórusos tartományok leoldásaelôtt (b). A nyilak a pórusos tartományokat elválasztó kristályosszilícium-„gátakat” jelölik.

a)

b)

8. ábra. A foszforral implantált p-típusú minta felülnézeti FESEM-felvételei a lúgos marás után (a), illetve megdöntött keresztmetszeti képe (b).

a) b)

resztmetszeti képen (6.b ábra ) nyilakkal jelöltükazokat a kristályos szilíciumoszlopokat, amelyekszerencsésen a töret vonalába estek. A minta felüle-tén látható, rendezetten álló sötét foltok a kristályososzlopok tetejét jelentik, a köztük lévô világos terü-letek pedig pórusosak.

A kétrétegû LB-maszk alkalmazásával készült p-tí-pusú, bórral implantált mintánál az ionok – a szorosilleszkedés geometriájából adódóan – egy közel köralakú, körülbelül 60 nm átmérôjû ablakon keresztülérhették el a szilíciumhordozót. Az elektrokémiaimarás során a marási front ezekbôl a kör alakú imp-

NAGY N., PAP A.E., DEÁK A., HORVÁTH E., HÓRVÖLGYI Z., BÁRSONY I.: PERIODIKUS NANOSTRUKTÚRÁK MAKROSZKOPIKUSAN … 317

lantált területekbôl indult, és haladt lefelé, illetve ol-

9. ábra. A bórral implantált n-típusú minta felülnézeti FESEM-felvé-telei a pórusos tartományok leoldása után (a), illetve megdöntöttkeresztmetszeti képe a pórusos szilícium leoldása elôtt (b).

a)

b)

10. ábra. A foszforral implantált n-típusú szeletrôl készült felülnézeti FESEM-felvételek a pórusos szilícium leoldása után (a), illetve a meg-döntött keresztmetszeti kép a lúgos marás elôtt (b).

a) b)

dalra. Így jött létre a 7. ábrán látható méhsejtszerûszerkezet.

A 7.b ábrán látható keresztmetszeti képen nyilakjelölik a pórusos területeket elválasztó kristályos szilí-ciumgátakat.

Az egyrétegû maszkon keresztül foszforral implan-tált, p-típusú szelet esetén a marás ott zajlott, ahol azionok nem érték el a hordozót, tehát a maszkkéntszolgáló nanogömbök alatt. A maszkoló LB-filmbelitökéletlenségek – hasonlóan az elsô mintához – itt isfelfedezhetôk a 8.a ábra felülnézeti felvételén. A ke-resztmetszetrôl készült kép (8.b ábra ) rendkívül ér-dekes! Látható, hogy a felület nem-implantált terüle-teirôl indult marási front végig bezárva haladt az át-implantált térfogat által határolt részben, majd túljutvaaz ionok behatolási mélységén kiszabadult, izotrópmódon haladt tovább. Így keletkeztek ezek a pórusosszilíciummal töltött zsákok.

A bórral implantált n-típusú minta esetén a marásaz implantált tartományokban zajlott preferenciálisan– hasonlóan a bórral implantált p-típusú szelethez. A9. ábra (a) felvételén látható, hogy a szerkezet is azo-nos, kristályos szilíciumoszlopok maradtak a nanoré-szecskék által maszkolt területeken. Az LB-film át-öröklött hibái itt is megfigyelhetôk. A törettel ez eset-ben nem volt szerencsénk, a 9. ábra (b) része nemszolgáltat további információt.

A foszforral implantált n-típusú szelet adta a legke-vésbé tiszta struktúrát az elektrokémiai marás után,ezt láthatjuk a 10. ábra (a) részén. A keresztmetszetikép (10.b ábra ) tanúsága szerint a marás preferenciá-lisan – a várakozásoknak megfelelôen – az implantálttartományokban zajlott. Ezenkívül megfigyelhetjük,hogy a marási front elérve az ionok behatolási mély-ségét itt is izotróppá vált, megindult a nem-implantáltkristályos területek alámarása. A pórusos tartományokleoldásakor egyes helyeken az alámart kristályos szi-getek felszakadhattak, ez okozta a nagyobb kiterjedé-sû hibadús régiók kialakulását.

Említést érdemel még, hogy a mintasorozatról ké-szült keresztmetszeti képek analízise alapján az elekt-rokémiai marás során kialakult pórusos réteg vastag-ságára p-típusú alapszelet esetén 400–450 nm-t, mígaz n-típusú mintáknál 500–550 nm-t mértünk, tehátszerkezeteink mélysége-magassága ebbe a nagyság-rendbe esik.

318 FIZIKAI SZEMLE 2007 / 9–10

Merre tovább?

11. ábra. Strukturált LB-filmen keresztül bórral implantált, p-típusúszelet felületén kialakított, kristályos szilícium-oszlopokkal körül-vett kanyonok.

a)

b)

Az elektrokémiai marás paramétereinek optimalizá-cióján és a technológia teljesítôképességének felderí-tésén túl (pl. milyen magas szilíciumoszlopok készít-hetôk így?), a bórral implantált p- és n-típusú mintákesetén izgalmas lehetôség lenne, ha a marás során amarási áramsûrûség periodikus változtatása – a vára-kozásoknak megfelelôen – periodikus porozitású tar-tományok létrejöttét eredményezné a kristályos oszlo-pok között. Ezzel három dimenzióban periodikus fo-tonikus kristályt kapnánk, melynek periodicitása és(effektív) törésmutató-kontrasztja tág határok köztbeállítható. És mindez immár egyszerûen, nagy térfo-gatban is létrehozható!

Az egyik mintatípus esetében volt egy külön vára-kozásunk is. Fotonikus szerkezetek kialakítása gyak-ran makropórusos szilíciumból történik [4]. A rende-zett pórusszerkezet létrehozásához a felület elômintá-zása szükséges, amit többnyire – a már említett módo-kon – elektronsugaras litográfiával vagy fókuszált ion-nyalábbal végeznek. A foszforral implantált p-típusúminta esetén az elektrokémiai marást rövidebb ideigvégezve éppen a szükséges rendezett elômintázatotkapjuk – természetesen, amíg a marási front nem ériel az implantált régió alját. Tehát egy rövid idejûelektrokémiai maratás után folytathatjuk az eljárást ap-típusú szelet makropórusos marásának megfelelômódon.

Végezetül szeretnénk rámutatni – tekintve, hogy aLangmuir-részecskés filmek szükségszerûen tartal-maznak hibákat, hibahelyeket – célunk az eljárás al-kalmazhatóságának demonstrálása volt. Az igazi áttö-rést eljárásunk kombinálása adhatja új, önszervezô,szerves kémiai módszerekkel. Az általuk eredménye-zett rendszereket „sablonként” felhasználva, tökélete-sen rendezett és hibamentes, szilikagömbökbôl álló,egy-, illetve többrétegû filmek, ezáltal hibátlan fotoni-kus szerkezetek hozhatók létre.

A cikk terjedelmi korlátai nem teszik lehetôvé,hogy a következô – a téma szervesen folytatását jelen-tô – kísérletrôl is beszámoljunk. Így csak megemlíteniszeretnénk, hogy következô lépésünk annak bemuta-tása volt, hogyan lehet a maszkoló LB-filmet mikro-méteres skálán tetszôlegesen strukturálni, megmintáz-ni. Ezáltal – egyszerûen elôállítható fotonikus kristály-hullámvezetôk reményében – például utcát nyitni akristályos szilíciumoszlopok erdejében (11. ábra ).

Irodalom1. Gyulai J.: Nanotudomány, nanotechnológia. Fizika Szemle 57/2

(2007) 71.2. Márk G.I., Bálint Zs., Kertész K., Vértesy Z., Biró L.P.: A biológiai

eredetû fotonikus kristályok csodái. Fizikai Szemle 57/4 (2007) 116.3. Kroó N.: Fényes új világ: egy új típusú fény és alkalmazásai. Fi-

zikai Szemle 57/2 (2007) 37.4. Nagy N., Volk J., Tóth A.L., Hámori A., Bársony I. Optikai érzékelôk

nanoszerkezetû szilíciumból. Élet és Tudomány 36 (2006) 1130.5. Deák A., Bancsi B., Tóth A.L., Kovács A.L., Hórvölgyi Z.: Comp-

lex Langmuir–Blodgett films from silica nanoparticles: an opticalspectroscopy study. Colloids Surfaces A: Physicochemical andEngineering Aspects 278 (2006) 10.

6. Nagy N., Pap A.E., Deák A., Horváth E., Volk J., Hórvölgyi Z.,Bársony I.: Large area self-assembled masking for photonicsapplications. Applied Physics Letters 89 (2006) 063104.

I. Alymar:

D. Kadar, I. Barsony

D. Gergely, S. Gurban, A. Sujok, M. Menygard:

G. Vertesi, M. Pardavi-Horvat:

Ó. Zolnai, N. Han, G. Batiátig:

T. Loner, D. Gergely, P. Petrik, M. Frid:

N. Nady, A.Õ. Pap, A. Dõak, Õ. Horvat, Z. Gorvéldi, I. Barsony:

Pervxj polvek koámiöeákoj õrx

Áorevnovanie nauönxh iááledovanij ( )

Opredelenie

parametrov tranáportnxh proceááov õlektronov

Magnitnoe povedenie

monodomennxh mikroöaátic

Roly kanalynogo õffekta v

õlektronnxh puökah priborov analitiki i ionnoj implantacii

Primenenie õllipáometrii

v iááledovaniüh poluprovodnikovoj fiziki

Periodiöeákie nanoátrukturx na makroákopiöeákih poverhnoátüh

A. Berci:

I. Áergeni:

R. Lang:

A. Úgaá

Ó. Áiladi P. Öermelem

Dvióenie õlektronov v belkah

Roly kollektivnogo obuöeniü, nauki i razvitiü

tehnologim v õnergetiöeákoj politike

Alleü uöenxh

Vxásij uöebnxj kurá «Obuöenie fizike» na Budapestákom

univeráitete im. Õtvesa ( )

Otöet Rokara (intervyú á )

OBUÖENIE FIZIKE

OBQÜVLENIÜ-KONKURÁX

PROIÁHODÍWIE ÁOBXTIÍ

OGLAVLENIE

NAGY N., PAP A.E., DEÁK A., HORVÁTH E., HÓRVÖLGYI Z., BÁRSONY I.: PERIODIKUS NANOSTRUKTÚRÁK MAKROSZKOPIKUSAN … 319

ELEKTRONMOZGÁS FEHÉRJÉKBEN MTA SZBK Biofizikai Intézet, Szeged

A dolgozat megírását az OTKA T-043425 és T-049207 pályázatok tá-mogatásai tették lehetôvé.

Bérczi Alajos

Szent-Györgyi Albert éppen 70 évvel ezelôtt kapottNobel-díjat biokémiai kutatási eredményeiért [1],azonban a fizikusok és a fizika iránt érdeklôdôk szá-mára Szent-Györgyi Albert neve elsôsorban és legerô-sebben a bioelektronika, vagy más megközelítésben akvantum-biokémia tudományának megteremtésével,az elektronok biológiai folyamatokban betöltött kü-lönleges szerepének hangsúlyozásával fonódik össze[2]. Évtizedek biokémiai kutató munkája során ugyan-is Szent-Györgyi Albert a következô, másokat nagyonmeglepô következtetésre jutott [3]:

„Az élet hajtóanyaga az elektron, pontosabban azelektron által a fotoszintézis során a fény fotonjaibólnyert energia; ezt az energiát az elektron, keresztülha-ladva a sejt gépezetén, fokozatosan leadja. … A bioló-giai reakciók csodálatos finomsága nem származhatpusztán molekuláktól, hanem sokkal kisebb és moz-gékonyabb egységektôl, s ezek az egységek alighalehetnek mások, mint az elektronok. Az élet fôszere-pét szükségszerûen az elektronoknak kell játszaniuk,míg a nehézkes és kevéssé reakcióképes fehérjemo-lekuláknak kell létrehozniuk azt a színpadot, ahol eza dráma játszódik. Az elektronok mozgékonyságukérdekében elektromos vezetôt igényelnek, ami en-gem arra a következtetésre vezetett, hogy a fehérjékaz elektromos vezetôk. … 1941-ben azzal az ötlettelálltam elô, hogy a fehérjék, bizonyos körülményekközött, elektromosan vezetôk lehetnek.”

Tisztán látható tehát, hogy a nagy magyar orvos-biokémikus gondolatai már a Nobel-díj átvételekor isaz elektronoknak a biológiai folyamatokban betöltöttmeghatározó szerepe körül forgolódtak. Élete hátrale-vô részének munkássága ennek a gondolatnak konk-rét tartalommal való megtöltésérôl szól.

Az „elektronvezetô fehérjék” gondolat megszületé-se óta nagyon sok tekintetben finomodott és pontoso-dott Szent-Györgyi Albert zseniális meglátása. Napja-inkban, a molekuláris biológiában rutinszerûen hasz-nált rekombináns fehérjék segítségével – valamintezek pontmutációval módosított változatai révén –lehetôség nyílt a fehérjéken belüli elektronmozgásokfeltérképezésére is.

A probléma körvonalazódik

Az életjelenségek egyedisége és összessége – általá-ban minden biológiai folyamat – molekulák közöttlejátszódó kémiai folyamatok eredménye vagy összes-sége. Ezen folyamatokban a molekulákat alkotó ato-mok elektronhéjain található, a molekulák kialakulá-sában is résztvevô elektronok kapnak ismét meghatá-rozó szerepet. A 20. század elején tisztázódott az ato-

mok szerkezete, felfedezték az atomi méretekbenuralkodó törvényszerûségeket, megszülettek a jelen-ség leírására alkalmas elméletek és technikák is(kvantummechanika, mátrixtechnika, differenciálgeo-metria stb.). Ezekre alapozva a kémiában is ponto-sabb értelmezést kaptak a különbözô erôsségû éstermészetû kémiai kötések. Világossá vált, hogy azatomokból összeálló molekulákat, majd a kisebb mo-lekulákból felépülô makromolekulákat is az alkotó-elemekként szereplô atomok legkülsô elektronhéjántalálható elektronok viselkedése és tulajdonságai ha-tározzák meg. Megszületett a kémiai kötések kvan-tummechanikai alapokon nyugvó értelmezése, akvantumkémia [4], és ma már – a számítástechnikaelképzelhetetlenül gyors fejlôdésének köszönhetôen– egyre nagyobb lehetôség nyílik a molekulák belsô„szerkezetének” (fehérjék esetében ez az ún. másod-lagos és harmadlagos szerkezetet jelenti) számolásokalapján történô modellezésére is [5].

Az élô szervezeteket felépítô anyagok egyik legjel-legzetesebb csoportját alkotják a fehérjék. Ezek olyanmakromolekulák, amelyek lényegében 20-féle amino-sav-molekulából alakulnak ki, akár több száz amino-savegységbôl is állhatnak, meghatározott szerkezettelrendelkeznek, és jól meghatározott feladatokat látnakel. Ráadásul a fehérjék szerkezete – a környezettelvaló állandó kölcsönhatás miatt – dinamikus struktú-ra, ami alatt azt kell érteni, hogy minden fehérjeszámtalan, energetikailag egymáshoz nagyon közelálló szerkezet között fluktuál, és véletlenszerûen veszcsak fel egy meghatározott szerkezetet. Ennek követ-kezménye például az, hogy a fehérjeszerkezeteketszámon tartó adatbázisokban többféle (kissé eltérô)szerkezet is található egyugyanazon fehérjére vonat-kozóan, attól függôen, hogy a kristályosítás során – akülönbözô körülmények hatására – éppen milyenkonformációban „fagyott meg” a molekula.

A fehérjék egy részét enzimeknek nevezzük. Az en-zimek olyan fehérjék, amelyek valamilyen, a természet-ben csak nagyon lassan lezajló kémiai reakció sebessé-gét nagyságrendekkel képesek megnövelni, azaz areakció lefutását katalizálni. Az enzimkatalizálta reak-ciók tetemes hányada az úgynevezett oxidációs-reduk-ciós (röviden redox) reakciók kategóriájába tartozik. Azilyen folyamatokban az enzim egy redox fehérje, melyolyan folyamatot katalizál, amelyben az elektron eljut-hat az egyik molekuláról, a redox fehérjén keresztül, amásik molekulára. A redox fehérjék mindegyike ren-delkezik legalább egy úgynevezett aktív centrummal,ahol egy redox aktív molekula (vagy atom) található afehérjéhez kötve. A legtipikusabb redox aktív moleku-lák – szokás kofaktoroknak is nevezni – a hemek, avas-kén kockák és a flavinok, de aktív centrumkéntszerepelhetnek redox aktív fémionok is, mint például avas-, réz-, mangán-, cinkionok. A redox fehérje tulaj-donságait a redox aktív centrum(ok) tulajdonsága(i)

320 FIZIKAI SZEMLE 2007 / 9–10

határozza (határozzák) meg. Például a citokróm c mo-lekulában egy kovalensen kötött hem, a citokróm b5

fehérjében egy nem-kovalensen (koordinatív kötések-kel) kötött hem, az azurinban egy Cu-ion, a humánSOD2 (szuperoxi-d iszmutáz) fehérjében egy Mn-ion, aSOD1 fehérjében viszont egy Cu- és egy Zn-ion, a mo-nodehidroaszkorbát-reduktázban egy flavin, a citokrómb561 fehérjében két nem-kovalensen kötött hem, a cito-króm c oxidázban 3 Cu-ion és 2 hem, a CpI hidroge-názban (a Clostridium pasteurianum baktériumban)pedig 5 vas-kén kocka található.

A redox fehérjék között találunk olyanokat, ame-lyek biológiai membránokba ágyazódva a membránegyik oldaláról átszállítják az elektront a membránmásik oldalára. Az ilyen elektront transzportáló éstranszmembrán elhelyezkedésû fehérjék a legtipiku-sabb „elektronvezetô fehérjék”. Ezekben mindig egy-nél több redox aktív centrum található. A bioenerge-tika fellegvárainak számító mitokondriális és fotoszin-tetikus elektrontranszport-láncban számtalan, többredox centrummal is rendelkezô, transzmembrán el-helyezkedésû fehérjekomplexet is találhatunk.

A probléma tehát körvonalazódni látszik. A redox fe-hérjék vagy (i) felvesznek egy elektront egy elektrondo-nor-molekuláról, azt tárolják, térben elszállítják egy má-sik helyre, és ott átadják egy elektronakceptor-moleku-lának (pl. citokróm c, citokróm b5), vagy (ii) megkötikaz elektrondonor- és elektronakceptor-molekulákat, éssaját „testükön keresztül” eljuttatják az elektront a do-nortól az akceptorig. Ezen utóbbi esetben az elektron-donor- és elektronakceptor-molekula lehet ugyanabbana kompartmentben (pl. monodehidroaszkorbát-reduk-táz, SOD1) vagy két különbözô kompartmentben (pl. acitokróm b561 vagy a citokróm c oxidáz esetében).

A redox reakciókat két nagy osztályba sorolhatjuk:az úgynevezett belsôszférás és az úgynevezett külsô-szférás elektrontranszferrel járó folyamatok. Az elsôesetben a két redox aktív anyag elektronhéj-szerkeze-tei valamilyen mértékben átlapolódnak (kémiai kötésjön létre a redox partnerek között). A második eset-ben ilyen kapcsolat nem keletkezik a redox folyamat-ban szereplô két redox centrum között.

A redox fehérjékben található redox aktív centru-mok egy jól meghatározott „fehérje”-környezetben he-lyezkednek el, amely a legtöbb esetben közvetlenülnem, vagy csak éppen érintkezik a fehérjét körülvevôvizes fázissal. Márpedig az elektrondonor- és elektron-akceptor-molekulák legtöbbször kisméretû, vízoldé-kony molekulák (pirridin-dinukleotidok, aszkorbinsav,glutation stb.). Már most érezzük, hogy a redox fehér-jék esetében a redox folyamatok az utóbbi, a külsôszfé-rás elektrontranszfer (ET) reakciók kategóriába tartoz-nak. Különösen igaz ez akkor, amikor a fehérjén belültalálunk több redox aktív centrumot, amelyek egymás-tól mért távolsága nagyobb néhány tized nanométernél.Hogyan jut el az elektron ilyen körülmények között adonorról a fehérje aktív centrumához, a fehérje aktívcentrumától az akceptorra, illetve nagyon sok esetben– még a fehérjén belül – az egyik redox aktív centrum-tól a másik redox aktív centrumig?

Az alapok

Az már az „elektronvezetô fehérje” gondolat megszü-letésekor is ismert volt, hogyan mozognak az elektro-nok a fémekben (vezetôkben) vagy a félvezetôkben.Ezek az elméletek nagy mértékben támaszkodtak afémek és a félvezetôk szerkezeti tulajdonságaira: azezen anyagokat felépítô alkotórészek térbeli periodi-citására és a rácspontokban szereplô atomok elekt-ronhéj-szerkezetére. Bár ezeken az alapokon történ-tek próbálkozások a fehérjék ET-reakcióinak értelme-zésére, a próbálkozások nem jártak eredménnyel. Mamár elég nyilvánvaló módon azért nem, mert ezek azelméletek nem voltak „ráhúzhatók” a fehérjékre –elsôsorban azok geometriai mérete és struktúrája mi-att. A fehérjék szerkezetében fellelhetô periodicitás(gondoljunk az α-hélix, illetve a β-redôs szerkezetek-re) – a fémekhez vagy félvezetôkhöz képest – csakigen rövidtávú, és „szabad” elektronokkal sem talál-kozunk bennük. A fehérjék esetében tehát vissza kel-lett nyúlni az elektron individuális mozgását leíróegyenletekhez, és hangsúlyt kellett kapniuk a fehér-jék szerkezetében fellelhetô szerkezeti specialitások-nak is.

Az elektron elemi részecske, mozgását tehát akvantummechanika törvényei segítségével lehet leír-ni. A kvantummechanika „Fermi-féle aranyszabálya”(Fermi’s golden rule [6]) elnevezéssel illetik azt azegyenletet, amely megadja annak valószínûségét(Wab ), hogy egy elektron egy a állapotból átjuthassonegy b állapotba:

ahol (h a Planck-állandó) egy természeti

(1)Wab = 2π Hab2 ρ ,

= h /2πállandó, Hab az a és a b állapot közötti átmenetet leíróHamilton-mátrix (ami a két elektronállapot közöttielektronikus csatoltság mértékét jellemzi), és ρ a bállapothoz tartozó állapotsûrûség, amely megadja egybizonyos energiaintervallumon belüli alállapotok szá-mát és elrendezôdését. Minél nagyobb az elektrontleíró a és b állapotokhoz tartózó hullámfüggvények„átfedése” (azaz minél szorosabb az elektronikus csa-toltság), annál nagyobb |Hab|

2 – és így természetesenWab – értéke is. Továbbá, minél számosabb a b álla-pothoz tartozó alállapotok száma, annál valószínûbbaz elektronátmenet. A fehérjékre vonatkozóan tehát amegoldás kulcsa részint a ρ állapotsûrûséget leíróhelyes kifejezés, részint az egymástól aránylag távolálló redox aktív centrumokat összekapcsoló elektro-nikus csatolás mikéntjének a megtalálása.

Fontos jellemzôje az ET-reakcióknak, hogy1) abban egy elektron kerül át az egyik (kvantum-

mechanikai) állapotból egy másik (kvantummechani-kai) állapotba,

2) a reakciók során se nem keletkeznek új, se nemtörnek szét régi kémiai kötések (mint egy kémiaireakció során), és

3) az ET olyan gyors, hogy a reakcióban szereplôatomoknak vagy molekuláknak, illetve ezek környe-

BÉRCZI ALAJOS: ELEKTRONMOZGÁS FEHÉRJÉKBEN 321

zetében levô molekuláknak minden alkotórésze„mozdulatlan” marad (lásd Born–Oppenheimer-köze-lítés, Frank–Condon-elv).

Ennek következtében a reakció elôtt a környezettelegyensúlyi állapotban lévô reakciópartnerek a reakciólezajlása után már nincsenek egyensúlyi állapotban akörnyezetükkel. Ez különösen igaz a reakció elôtti ésutáni polarizációs állapotokra. Minél nagyobb a kör-nyezet polarizálhatósága, annál jelentôsebb ez a kü-lönbség. Míg tehát a kémiai reakciók klasszikus leírás-módjában a reakció lezajlása alatt a partnerek mindigkvázisztatikus egyensúlyban vannak a környezetük-kel, addig az ET-reakciók esetében ez nem áll fenn.Ezek alapján megérthetjük, hogy a „klasszikus” ké-miai reakciók értelmezésére kidolgozott és leggyak-rabban használt, úgynevezett „átmeneti-komplex el-mélet” („transition state theory” = TST) nem tudtamegfelelôen leírni és értelmezni az elektrontranszfer-rel járó reakciókat.

Az elemi részecskék – a duális „részecske-hullám”természetüknél fogva, illetve a Heisenberg-féle hatá-rozatlansági reláció következtében – rendelkeznekazzal a tulajdonsággal, hogy véges valószínûséggelképesek olyan helyen is tartózkodni, ahol a klasszi-kus fizika törvényei szerint nem lehetnének. Az (1)egyenlet éppen az ezzel a jelenséggel kapcsolatosalagúteffektus matematikai megfogalmazása. Egyelektron eljuthat az a állapotból a b állapotba mégakkor is, ha átlagos kinetikus energiája nem elegendôa két állapot közötti energiagát leküzdésére. Példáulelektronok esetében mikroszekundumonként bekö-vetkezik egy ilyen jelenség, ha a leküzdendô négy-szög-potenciálgát magassága ~1 eV, szélessége pedig~20 Å. Jól látható, hogy az (1) egyenlet nem tartal-mazza a hômérsékletet. Az alagúteffektussal történôET egyik tulajdonsága tehát éppen az, hogy a hômér-séklettôl független. Nos, éppen ilyen kísérleti eredmé-nyek szolgáltatták az 1960–1970-es években az elsôbizonyítékokat arra, hogy a fehérjékben az elektronkvantummechanikai alagúteffektus segítségével képesmozogni. A folyamatoknál „mért” közel nulla aktivá-ciós energiák pedig még jobban hangsúlyozták a je-lenség alagúteffektus-jellegét.

Mielôtt továbblépnénk, általánosítanunk kell a„kvantummechanikai alagúteffektus” fogalmát mole-kulákra. Bár a fehérjék esetében a redox reakciósorán lényegében az elektron mozgását észleljük ésmérjük (pl. optikai spektroszkópiával), a valóságban– és az elméleti leírás szempontjából – azonban azelektron egy molekuláris pályán tartózkodik, és ígynem „csak” az elektron, hanem az egész molekula(atomok halmaza) részt vesz a folyamatban. A kiindu-ló állapotban az elektron a redukált redox centrum-hoz tartozik, a végállapotban pedig ez a centrum oxi-dált állapotba kerül, az eredetileg oxidált állapotúcentrum pedig redukált állapotba kerül. A tapasztalatszerint az ilyen biológiai redox folyamatban az ETmegtörténéséhez szükséges energetikai állapot eléré-sében jelentôs szerepet kapnak a molekulán belülirezgések, és ezek csatolódása a folyamathoz. Azt

mondhatjuk, hogy az egész molekula azon ügyködik,hogy a redukált redox centrumban lévô elektron átjut-hasson az oxidált redox centrumba. Az egész moleku-la lüktet, pulzál, „lélegzik”, és ezek a szerkezeti fluk-tuációk hozzájárulnak ahhoz, hogy részint a két redoxcentrum közötti távolság, részint a potenciálgát ma-gassága oly módon változzon, hogy az ET valószínû-sége növekedjen. Ha tehát az egész molekulát tekint-jük egységnek, akkor az ET-reakciók során az egészmolekula „hajtja végre” a kvantummechanikai alagút-effektust. Ez a szemléletmód nagy segítség volt másenzimreakciók kvantummechanikai alapokon történôsikeres értelmezésében (lásd pl. hidrogénatom-transz-fer alagúteffektussal).

A fehérjedinamika feltételezett fontossága nemcsak az ET-reakciók értelmezése kapcsán merült felaz enzimreakció-kinetikában [7]. Egy kémiai reakciósebességi állandója (k ) a klasszikus, Arrhenius-félemegfogalmazásban (amelyet gázfázisú reakciók értel-mezésére dolgoztak ki a 19. század végén) a követke-zô egyszerû exponenciális összefüggés szerint függ ahômérséklettôl (T ) és az aktivációs energiától (Ea ):

ahol A egy úgynevezett preexponenciális faktor,

(2)k = A exp

EakB T

,

amelynek dimenziója megegyezik k dimenziójával.Elsôrendû reakciók esetében ez s−1, azaz frekvenciadimenziójú, ezért frekvenciafaktornak, vagy „a reak-ció próbálkozási frekvenciájának” is nevezik. Éppenezen a preexponenciális faktoron keresztül az enzi-mek „lélegzését”, illetve a környezet dinamikus voltátmár a 20. század közepén megpróbálták beépíteni areakciókinetikai egyenletekbe. A klasszikus „átmene-ti-komplex elmélet” szerint is a reakció során létrejöttenzim:szubsztrát komplexnek valamilyen úton ∆Uenergiatöbbletre kell szert tennie ahhoz, hogy leküzd-hesse azt a potenciálgátat, amely elválasztja az enzim-reakció végállapotától. A H.A. Kramers által javasolt

egyenletben a preexponenciális faktorban szereplô τ

(3)k = 1τ

exp

∆UkB T

a fehérjeszerkezet fluktuációs idôállandója, a ∆Upedig a reakció által legyôzendô potenciális energia-gát nagysága. Míg az Arrhenius-féle kifejezésben Eanem tartalmaz az enzimreakcióra jellemzô dinamikuselemeket, addig a Kramers-féle kifejezésben ∆U mártartalmaz. Így tehát a (3) egyenletet tekinthetjük afehérjékben lezajló ET (redox) reakciók kiindulópont-jának. Láttuk, hogy az ET reakciósebességét (kET )leíró egyenletben meg kell jelennie olyan kifejezés-nek, amely az ET lépését követô fehérjerelaxációsfolyamatokat értelmezi, és amely elválik az ennélnagyságrendekkel gyorsabban lejátszódó ET lépésétleíró tagtól. Ennek legáltalánosabb megfogalmazása –az (1) egyenlet szellemében – a következô formábanadható meg:

322 FIZIKAI SZEMLE 2007 / 9–10

ahol |HDA(RDA )| az ET pillanatában a donor- és ak-

1. ábra. A Marcus-elmélet szerint egy ET-reakció során a k iindulásiállapotot és a végállapotot egy-egy parabolikus potenciálfelülettellehet jellemezni (K és V parabola) egy olyan N+1 dimenziós poten-ciáltérben, ahol N megegyezik a molekulát alkotó atomi koordiná-ták számával (a +1 a potenciális energia). X: az egyensúlyi geomet-riai állapotnak megfelelô N -dimenziós pont a redox reakció elôtt. Y:az egyensúlyi geometriai állapotnak megfelelô N -dimenziós pont aredox reakció lezajlása után. ∆G 0: a szabadenergia változása a reak-ció során. λ: reorganizációs energia. Az ET a két parabola metszés-pontját jellemzô Z állapot környezetében jöhet létre. Minthogy azatomi állapotok kvantáltak (erre utal a hν energiakülönbség kétenergianívó között), ezeket harmonikus oszcillátorokhoz tartozóhullámfüggvényekkel reprezentálhatjuk. Az alagúteffektus valószí-nûsége a besatírozott területtel arányos. ~Ea az Arrhenius-féle akti-vációs energiához hasonló energiakülönbség.

pote

nci

ális

ener

gia

molekulakonfigurációs tér

~Ea

DG0

K

V

X Z Y

l

hn

(4)kET (RDA ) = 2π HDA (RDA ) 2 M.F.RDA ,

ceptor-állapotok közötti elektronikus csatolás mérté-két megadó tényezô, M.F.RDA a „molekulafaktor”,ami a teljes molekula szerkezeti átrendezôdését leírótényezô, és mindkét mennyiség függ a donor-akcep-tor távolságtól, RDA -tól.

Hogyan mozog az elektron fehérjékben?

1992-ben a kanadai születésû amerikai kémikus, Ru-dolph A. Marcus Nobel-díjat kapott az elektrokémiaireakciók értelmezésére – az 1950–1960-as évekbenkidolgozott – ET-elméletéért [8], amely lényegébenazóta is a külsôszférás ET-reakciók legelfogadottabbés leggyakrabban használt elmélete. A Marcus-elméletfélklasszikus változata szerint rögzített (és nem túlnagy) donor-akceptor távolság mellett az ET sebessé-gi állandója (kET ) függ a reakció hajtóerejétôl (a reak-ció során létrejövô szabadenergia változástól: ∆G 0), amolekula, illetve környezetének relaxációjához tartó-zó reorganizációs energiától (λ), a donor- és az ak-ceptorállapotok közötti elektronikus csatoltságotmegadó Hamilton-mátrixtól (HDA ) [9]:

ahol ω az ET-lépéshez kapcsolt molekulamozgás

(5)kET = 2π HDA

2

exp

∆ G 0 λ2

2λ ω coth

ω2kBT

2π λ ω coth

ω2kBT

,

(reorganizáció) karakterisztikus frekvenciájához tarto-zó energia. Marcus szerint a kiindulási állapotot (ami-kor a donor redox centrum redukált, az akceptor re-dox centrum oxidált) és a végállapotot is (amikor adonor redox centrum oxidált és az akceptor redoxcentrum redukált) egy-egy parabolikus potenciálfelü-lettel lehet jellemezni (1. ábra ) egy olyan N+1 dimen-ziós potenciáltérben, ahol N a molekulát alkotó atomikoordináták száma (a +1 a potenciális energia). A Kparabola minimuma (X pont) felel meg az egyensúlyigeometriai állapotnak a redox reakció elôtt (k iindulá-si állapot), a V parabola minimuma (Y pont) pedig azegyensúlyi geometriai állapotnak a redox reakciólezajlása után (végállapot). A két minimum közöttipotenciálisenergia-különbség a redox reakció szabad-energia-változásával egyenlô (∆G 0). A reorganizációsenergia (λ) annak az energiának felel meg, amelyet akezdeti egyensúlyi állapothoz kell hozzáadni ahhoz,hogy a kiinduló állapotot olyan geometriai helyzetbevigyük, amely megfelel a végállapot egyensúlyi geo-metriai állapotának anélkül, hogy az ET-reakció lezaj-lott volna. Az ET a két parabola metszéspontját jel-lemzô Z állapot környezetében jöhet létre.

A Marcus-elmélettel jól lehet magyarázni a rögzítettés nem túl nagy távolságokra történô ET-átmeneteket.A reakciósebességi állandó kifejezésében láthatóanmegjelennek az egész molekulára jellemzô vibrációsenergiatagok (a λ és ω tagokon keresztül). A fél-klasszikus (Marcus–Hopfield) elmélet kvantumme-chanikai magyarázatánál (amelyben a molekulamoz-gásokat harmonikus oszcillátorokkal jellemezzük) amolekulamozgásokat jellemzô karakterisztikus frek-vencia mindazon molekulamozgásokat jellemzô frek-venciák súlyozott átlaga lesz, amelyek valamilyenszinten hozzájárulnak az ET-reakció végbemenetelé-hez. Látható, hogy ha ω >> kBT, akkor coth(x ) → 1, éskET alig függ a hômérséklettôl, ami teljes összhangbanvan a már említett kísérleti eredményekkel.

A kezdeti állapotot és a végállapotot jellemzô K ésV parabolák metszéspontjának megfelelô geometriaikörnyezetben lezajló ET-reakciót azonban változatla-nul a |Hab|

2 kifejezés uralja. Ez azt jelenti, hogy azET-reakcióban a donor és akceptor centrumok közöttaz alagúteffektussal lezajló ET csak nem túl nagy tá-volságon belül tud reális valószínûséggel megvalósul-ni. Hiába kerül ugyanis a molekula megfelelô geomet-riai állapotba (1. ábra, Z állapot), ha a kvantumme-

BÉRCZI ALAJOS: ELEKTRONMOZGÁS FEHÉRJÉKBEN 323

chanikai ET-lépés megtörténésének valószínûsége túl

2. ábra. Az azurin molekula egy részletének szalagmodellje (a), illetve golyó-pálcika modellje (a) – a hidrogéneknélkül – az aktív centrummal (Cu-ion) és a His83 aminosavhoz kovalensen kötött Ru-komplexszel [Ru(bi-pirimi-din)2-imidazol]. A két redox centrum közötti geometriai távolság ~17 Å. A redukált Cu-ról a szürke satírozott út-vonalakon keresztül juthat el az elektron az oxidált Ru-ra. A szaggatott szakaszok felelnek meg a hidrogénköté-sek menti, a folytonos szakaszok a kovalens kötések menti ET-lépéseknek. A vélhetôen leggyorsabb útvonal aCu-tól a 46(His)-47(Asn)-48(Tyr)-83(His) aminosavakon keresztül halad a Ru-ig (b), mivel ez az útvonal csak egyH-kötésen keresztüli ET-lépést tartalmaz. Az (a) ábrán ennek az útvonalnak az elsô lépése takarásban van a (Cumögött helyezkedik el a His46 aminosav), az útvonal további részét pedig szürke vonal jelöli. A molekula folyto-nos fluktuációja miatt azonban a többi, alternatív útvonal is szóba jöhet a számítások szerint [11, 12].

Cu

Ru83

120

122

111

49

82

117

46

45

47

Ru

84

Cu

121112

113

His83

48

a) b)

kicsi ehhez (nem-adiabatikus folyamat). Fehérjékenés szerves modellvegyületeken végzett ET-kísérletekeredményei abba az irányba mutattak, hogy az ET-reakcióknak a donor-akceptor távolságtól (RDA ) valófüggése nagyon jól leírható a

egyenlettel, amelyben a β értéke 0,6 Å−1 és 1,7 Å−1

(6)kET (RDA ) = 2π HDA (R 0DA )

2

M.F.RDA

exp β RDA R 0DA

közöttinek adódott. Ezek az értékek átfogták azt azintervallumot, amelyben az üvegszerû anyagokra (1,6Å−1), a fehérjék β-redôs szerkezetére (1,37 Å−1), a fa-gyott szerves oldószerekre (1,2 Å−1), illetve a kovalenskötésekre (0,7 Å−1) kapott β értékek találhatók, ésjóval alatta maradtak a fehérjék α-hélix szerkezetérekiszámított (2,7 Å−1), illetve a vákuumra jellemzô (3–5Å−1) β értékeknél [10]. Figyelembe véve azt, hogy (1)az 10 Å-nél nagyobb donor-akceptor távolságok ese-tén az elektronikus csatolás mértéke már elenyészôenkicsi, de (2) kísérleti eredmények szerint 20–25 Å tá-volságban elhelyezkedô donor-akceptor párok eseté-ben is tapasztalunk ET-reakciót, és (3) látva a méré-sekkel kapott β értékek jelentôs szórását, egyértelmû-vé vált, hogy a fehérjék belseje nem tekinthetô egyhomogén és izotróp közegnek az ET mechanizmusá-nak leírása szempontjából. Ismét csak a szerkezetisajátságokból kiindulva sikerült megmutatni, hogy adonor- és akceptorcentrumok közötti ET nem egyet-lenegy, széles potenciálgátnak a két centrumot össze-

kötô egyenes mentén történô leküzdésével képzelhe-tô el, hanem a molekulát alkotó és összetartó – kova-lens, hidrogén- és van der Waals – kötések mentén,azaz több, egymás utáni ET-lépés eredményeként. Azelektronikus csatolást leíró HDA így szétbomlik elemiET-lépések szorzatára,

ahol εK (k ), εH (h ), εU (u ) a kovalens kötések menti, a

(7)HAB =k

εK (k )h

εH (h )u

εU (u ) ,

hidrogén kötések menti, és „ugrások” menti ET-lépésekelektronikus csatolását írja le, k, h, u pedig ezen csato-lások számát jelöli. A fehérjék fluktuációja miatt a do-nor- és akceptorcentrumok közötti optimális ET-útvo-nal pillanatról pillanatra változhat; egymáshoz nagyonközel elhelyezkedô, alternatív útvonalak kerülhetnekpillanatról pillanatra „használatba”. Ezek az egymáshozközeli útvonalak mintegy kijelölnek egy „csatornát”,amelyen belül az ET lezajlik (2. ábra ). Érezzük és lát-ható is, hogy a valóságos ET-útvonal mindig hosszabba két redox centrum közötti geometriai távolságnál. Kétkülönbözô szerkezettel, de azonos donor-akceptor tá-volsággal rendelkezô fehérje esetén csak véletlen lehetaz, hogy a donor és akceptor közötti ET sebességi ál-landójára (kET ) és/vagy annak távolságfüggésére (β)ugyanazokat az értékeket kapjuk, hiszen ezek az érté-kek függnek az elemi ET-lépések számától és azok mi-lyenségétôl is. Egy kötések nélküli, térbeli ET-lépés(hopping) nagy mértékben (nagyságrendekkel) lecsök-kentheti az ET sebességét, míg a kovalens kötésekmentén létrejött ET-lépések száma jelentôsen növeliazt. Bebizonyosodott, hogy az aromás oldalláncoknak

sincs kiemelt szere-pe a fehérjén belüliET-folyamatban,mint ahogyan azt a20. század 60-aséveiben gondolták.Ugyanakkor felér-tékelôdött a hidro-génkötések szere-pe és jelentôsége afehérjék szerkeze-tében, hiszen ezekjelentôs szerepetkaptak a moleku-lán belüli ET-folya-matokban.

Szent-GyörgyiAlbertnek igazavolt, a fehérjéke l ek t r onveze t ômolekulák. A bio-kémia és a mole-kuláris biológia,valamint a számí-tástechnika fejlô-dése lehetôvé tetteazt, hogy megért-sük és matemati-

324 FIZIKAI SZEMLE 2007 / 9–10

kai eszközök segítségével le is írhassuk a fehérjékelektronvezetési mechanizmusát. A mai elképzelé-sünk szerint mind a fehérjéken belül, mind a fehérjékközött az elektron különbözô erôsségû és fajtájú ké-miai kötések mentén mozog. Mozgását jelentôs mér-tékben meghatározza (segíti) a fehérje szerkezete ésfluktuációja. A fehérjén belüli és fehérjék közöttielektronmozgás minimális energiaveszteséggel jár. Afehérjék elektronvezetési mechanizmusa nagyon jólmutatja, milyen takarékosan bánik a természet a foto-szintézis során megszerzett energiával.

Összefoglalás

„A fehérjék, bizonyos körülmények között, elektro-mosan vezetôk lehetnek.” – állította Szent-Györgyi Al-bert már 1941-ben. A fehérjék elektronvezetési mecha-nizmusát azonban csak napjainkban sikerül teljes mély-ségében megértenünk és leírnunk. A leírásban fontosszerepet kapnak (1) a fehérjék szerkezeti (másodlagosés harmadlagos szerkezeti) sajátosságai, (2) a fehérjeállandó, „pulzáló” mozgását jellemzô rezgések, és (3)az a tény, hogy az elektrontranszfer (ET) lépést idôbenköveti egy lassúbb, az egész molekulára kiterjedô „át-rendezôdési” lépés, amelynek eredményeként a fehérjeismét dinamikus egyensúlyba kerül a környezetével. Akísérletek és elméleti meggondolások tanulsága szerinta fehérjékben az elektronok a különbözô erôsségû és

jellegû kémiai kötések mentén mozognak a kvantum-mechanikából ismert „alagúteffektus” (tunneling) és„töltésugrás” (hopping) segítségével.

Irodalom1. http://nobelprize.org/nobel_prizes/medicine/laureates/1937/:„…for his discoveries in connection with the biological combus-tion processes, with special reference to vitamin C and the ca-talysis of fumaric acid…”

2. Szent-Györgyi A.: Bioelectronics: A Study on Cellular Regula-tions, Defense and Cancer. Academic Press, New York, 1968.

3. Szent-Györgyi A.: Válogatott Tanulmányok. (szerk. Elôdi Pál),Gondolat Kiadó, Budapest, 1983.

4. Ladik J.: Kvantumkémia. Mûszaki Könyvkiadó, Budapest, 1969.5. Rácz Z.: Fizika a kémiában. Fizikai Szemle 46 (1996) 93–94.6. http://hyperphysics.phy-astr.gsu.edu/hbase/quantum/fermi.html7. Somogyi B., Welch G.R., Damjanovich S.: The dynamic basis ofenergy transduction in enzymes – Biochim. Biophys. Acta 768(1984) 81–112.

8. http://nobelprize.org/nobel_prizes/chemistry/laureates/1992/marcus-lecture.pdf

9. Moser C.C., Dutton P.L.: Outline of theory of protein electrontransfer. In: Protein Electron Transfer (ed. D.S. Bendall), BIOSSci. Publ., Oxford, UK, 1996. 1–21.

10. Gray H.B., Winkler J.R.: Electron tunneling through proteins.Quart. Rev. Biophys. 36 (2003) 341–372.

11. Skourtis S.S., Balabin I.A., Kawatsu, T., Beratan D.N.: Proteindynamics and electron transfer: Electronic decoherence andnon-Condon effects. Proc. Natl. Acad. Sci. USA 102 (2005)3552–3557.

12. Curry W.B., Grabe M.D., Kurnikov I.V., Skourtis S.S., BeratanD.N., Regan J.J., Aquino A.J.A., Beroza P., Onuchic J.N.: Path-ways, pathway tubes, pathway docking, and propagation inelectron transfer proteins. J. Bioenerg. Biomemb. 27 (1995)285–293.

A KOLLEKTÍV ELÔKÉSZÍTÉS, AZ OKTATÁS, A TUDOMÁNYÉS A TECHNOLÓGIAFEJLESZTÉS SZEREPEAZ ENERGIAPOLITIKÁKBAN

Szergényi István PhD, a BME tiszteletbeli tanára, az Egyesült Nem-zetek Szervezete Európai Gazdasági Bizottsága (ENSZ EGB) EnergiaBizottságának volt elnöke

Szergényi IstvánBudapesti Muszaki és Gazdaságtudományi Egyetem

Az energeia szó (ενεργεια) az ógörögben „isteni tett”-et vagy „bûvös cselekedet”-et jelentett, Arisztotelészkésôbb „ténykedés, mûvelet, megvalósultság” értelem-ben használta. Mára azonban már messze vagyunkattól, hogy az energia szót csak a klasszikus, filozófiaiértelemben használnánk. Az a mai élet nélkülözhetet-len, gyakorlati feltétele, de lehet háborúk okozója, sôt akimenetelüket eldöntô tényezô is. Rendelkezésre állá-sát egyre inkább csak átgondolt energiapolitika segítsé-gével lehet biztosítani. De milyen is legyen az? Az aláb-biakban a szerzô több szervezet és energetikai szakértôvéleményét, továbbá saját tapasztalatait összevetve ésintegrálva adja közre a témával kapcsolatos vélemé-nyét, némely vonatkozásban három Nobel-díjas gondo-latával is nyomatékosítva.

A világ mind bonyolultabbá válásával párhuzamo-san az energiakérdés is egyre összetettebb lett. Eztalátámasztandó a vele kapcsolatban megfogalmazottszámos kívánalomból elég csak a legfontosabbakatemlíteni: egyrészt garantálni kell a jövô biztonságosenergiaellátását, másrészt el kell érni az energiafel-használással is terhelt környezet megkímélését, mi-közben szem elôtt kell tartani a fejlôdô országoknakaz életszínvonal felzárkóztatására irányuló törekvését.Hogyan biztosítható mindez, amikor a világ tele vankonfliktusokkal, és a versengô országok mindegyikekeresi a maga javát, amit pedig – ha elég erôs – márrendszerint csak mások rovására tud elérni. Egyelôrenem ismert annak a megoldása, hogy miként egyez-tethetô össze a globalizáció az egyes államok szuvere-nitásának megôrzésével egy olyan stratégiai szektor-ban, mint az energetika. Tovább nehezíti a feladatmegvalósítását az energiaforrások egyenlôtlen földraj-zi eloszlása, nem utolsó sorban pedig az, hogy a világ

SZERGÉNYI ISTVÁN: AZ ELOKÉSZÍTÉS, AZ OKTATÁS, A TUDOMÁNY ÉS A TECHNOLÓGIAFEJLESZTÉS SZEREPE AZ ENERGIAPOLITIKÁKBAN 325

energetikáját jelenleg legjobban befolyásoló kôolajvonatkozásában tekintélyes geológusok hangsúlyoz-zák a termelés tetôzésének közeledtét. Az sem köny-nyíti meg a tisztánlátást, hogy az olajvagyonok adataisokszor jelentôsen manipuláltak.

Az ember és a természet sokszorosan összetettkapcsolatának változásával folyamatosan módosul aFöld természeti kincseinek az a köre is, amely az em-ber által felhasználható vagyonnak tekinthetô. Vagyisa mindenkori vagyont csak az emberi társadalom fej-lôdésének egy-egy szakaszában szabad a termelésszámára lehetséges nyersanyagként kezelni. Függet-len szakértôkbôl, fôként geológusokból álló szövetsé-gek (ASPO, ODAC1) felhívják a figyelmet, hogy a vé-

1 ASPO: Association for the Study of Peak Oil & Gas; ODAC: OilDepletion Analysis Centre2 CERA: Cambridge Energy Research Associates

ges fosszilis energiahordozó-vagyonból elsôként azenergiapolitikákra különösen nagy hatást gyakorlókôolajkészletek fogyatkozása várható, méghozzá anem túl távoli jövôben, és már most olyan politikátkell folytatni, hogy lehetôvé váljon az elkerülhetetlenkimerüléshez való alkalmazkodás. Nyilvánvaló, hogyha fel is fedezünk újabb lelôhelyeket, azok nem akészletek végességét, legfeljebb volumenük nagysá-gát befolyásolják, illetve a termelés tetôzésének vala-mivel késôbbre tolódását okozzák. Ezzel kapcsolat-ban viszont a nagy társaságok és a politikusok egyrésze azt hangoztatja, hogy ez a pesszimista szakmaivélekedés egyoldalú, és a piaci erôk, valamint a tech-nológia fejlôdése mindent idejében megoldanakmajd. Viszonylag optimista véleményt képvisel aCERA2 is, amely társaság 2030-ra teszi az olajtermeléskörülbelül két évtizedig tartó tetôzésének a kezdetét,majd azt követô csökkenését, igaz, hogy a nem ha-gyományos olajok hasznosításával is számol, és fi-gyelmen kívül hagyja ezek kitermelésének környezet-károsító hatásait. Valójában azonban az általa prog-nosztizált idôpont sem túl távoli.

Az emberiség növekvô igényeinek a források végsôkihasználásáig történô kielégítése – tetézve azt a kör-nyezet egyensúlyának megbomlásával – beláthatatlankövetkezményekkel járhat. E mellett a világ országai-nak többségében a feszült világgazdasági helyzet miattmáris fokozódik az energiaellátás sebezhetôsége. Anukleáris energia programjai számos országban meg-torpantak – és a közvélemény meglehetôsen széles kö-rû ellenállása miatt ezen nem könnyû változtatni –, bárfolytatásuk (a még meglevô problémáinak megoldásá-val együtt) egyre inkább elkerülhetetlennek látszik.Nem csekély gond továbbá az energetika területénmegjelenô terrorizmus veszélyeit elhárítani vagy leg-alább mérsékelni. További nehézséget okoz a globálisfelmérés hiánya arra vonatkozón, hogy a megújulóenergiaforrások milyen mértékben és milyen következ-ményeket maguk után vonva tudják majd helyettesítenia hagyományos energiaforrásokat. Különösen fontoskérdés annak a tisztázása, hogy a biomassza energeti-kai hasznosításával összefüggésben meddig terjednek

a lehetôségek, figyelembe véve a globális termôföldnagyságát, illetve a világélelmezés biztonságát.

Utalni kell arra a lehetôségre is, hogy amennyibennem sikerül kellô mennyiségû olcsó helyettesítô üzem-anyagot elôállítani vagy más technikai megoldást talál-ni, az olajárak növekedése miatt nagy kihívás elôtt áll agépkocsiipar. Ugyanis az üzemanyag-igényes szállításiproblémák megoldásának sikerétôl hosszabb távon sokfügg majd, mert kudarc esetén a kereskedelmi globali-záció válsága is beköszönthet, legalábbis bizonyosárukörökben (nagy volumenû élelmiszer-szállítások3,

3 A mezôgazdaságban a kôolajszármazékokat felhasználó gépesí-tett talajmûvelés és a mûtrágyázás, valamint a vegyszeres növényvé-delem, az öntözés stb. (zöld forradalom) nagymértékben hozzájá-rult ahhoz, hogy 1950 és 1984 között a világ gabonatermelése250%-kal, az emberiség lélekszáma pedig 1960 és 2000 között 3milliárdról 6 milliárdra nôtt. A szektor energiaigényességét jelzi azUSA példája: ma az Egyesült Államokban a mezôgazdasági termelés– állattenyésztés – feldolgozás – tartósítás – szállítás – étkezô asztal-ra kerülés láncolata tízszer annyi energiát igényel, mint amennyit azelfogyasztott élelem tartalmaz. Ebbôl csak a szállításra jellemzô,hogy az élelmiszer a termelôhelytôl a fogyasztóig átlagosan 1600mérföldet tesz meg. Az adatok további részletezése nélkül is belát-ható, hogy az energiahiány a világélelmezés szempontjából milyenkatasztrofális következményekkel járna.

egyéb termékek). Ezekben az esetekben elôtérbe ke-rülhet a relokalizáció, azaz az említett termékcsoportokhelyben történô megtermelése. A változások – ha be-következnek – szinte mindenkit érinthetnek. A követ-kezményeket (háborúk az energiahordozókért, éhínsé-gek stb.) nehéz elôrevetíteni.

Ha csupán ezeket a problémákat tekintjük, márakkor sem csoda, hogy az energiapolitikáknak általá-ban nincs egységes szemlélete. Másként értelmezikazt az energiahordozó-vagyonnal rendelkezô, vala-mint az azt nélkülözô országok, és ugyancsak más-ként a kormányzati tisztségviselôk, az energetikaitársaságokat képviselôk és az egyszerû fogyasztó.Természetes, hogy az egymástól eltérô véleményeketaz egyes szereplôk különbözô helyzete befolyásolja.Mégis, milyen lenne az ideális energiapolitika?

Mindenekelôtt célszerû tudatosítani, hogy az ener-giapolitika a tendenciák felismerését, az irányok kije-lölését, a stratégiai feladatokat hivatott meghatározni,és – még ha ezt egyesek hiányolják is – nem vész el amégoly fontos részletkérdésekben (azok megoldásátaz egyes részprogramokra hagyja, amelyek beindítá-sához viszont megadja a fôbb szempontokat). Azenergiapolitikát tehát ne terhelje meg a számok töm-kelege, de a legfontosabb adatokat (pl. az importfüg-gôség, az egy fôre jutó felhasználás, az energiahaté-konyság stb.) tartalmaznia kell. Ezek a mutatókugyanis azt a célt szolgálják, hogy az adott országszámára tájékozódási lehetôséget nyújtsanak a nem-zetközi trendekhez való viszonyban és külkapcsolataiépítésében. Egy túldefiniált energiapolitika a jövômegfelelô ismeretének hamis benyomását keltheti,amikor is nem várt módon felbukkanó eseményrenem kell számítani. Kiemelt célja az energiapolitiká-nak az, hogy birtokában a felelôs szereplôk magatar-tása, döntéseik, valamint – akár váratlan helyzetben is

326 FIZIKAI SZEMLE 2007 / 9–10

szükséges – megnyilvánulásuk helyes és megalapo-zott legyen. Ebbôl következôen nemcsak az ilyen ér-telemben elkészített energiapolitikára, hanem annakfelelôs képviseletére is szükség van.

A jó energiapolitikák megalkotásának feltétele,hogy az emberi társadalmak felé a legkülönbözôbbterületeken mutatkozó jövôvel kapcsolatos kihívások-ból kiválassza az energetikát érintô legfontosabbakat.További feltétel, hogy kijelölje azokat a szemponto-kat, amelyek az energiapolitikák állandó elemekéntközösek a különbözô lehetséges jövôképekhez veze-tô forgatókönyvekben (az energiahatékonyság és-takarékosság fokozása, az emberek tájékozódásánakelôsegítése mindennek szükségességérôl, az oktatás,a tudomány és a technológia fejlesztése, a környezetvédelme, valamint a nemzetközi együttmûködés ala-kítása, hatékonyságának javítása stb.). A stratégiaitennivalókat ezek nagymértékben befolyásolják. Alehetséges jövôképek felvázolásához a jó energiapoli-tika figyelembe veszi a független szakértôk széleskörének ajánlásait, hiszen az energetikus jobbára csaka saját területén tudja hitelesen valószínûsíteni a fejlô-dést, holott az energiafelhasználást szinte mindenbefolyásolja. A „végsô”4 megfogalmazásnak tehát a

4 Valójában nincs végsô megfogalmazás. Az energiapolitikákat akörülmények alakulásától függôen folyamatosan „karban kell tarta-ni”. Ebbôl a szempontból hasznos, ha az országok rendelkeznekegy állandó energiapolitikai tanáccsal.

lehetô legkiválóbb szakértôk véleményének a lehetôlegjobb szintézisét kell tartalmaznia.

A sikeres energiapolitikára példaként elsôsorban ade Gaulle -i felfogás értelmében kifejlesztett franciaatomprogramot lehet felhozni, ami Franciaország szá-mára mind a mai napig meglehetôsen nagy energeti-kai függetlenséget biztosít. Szintén különösen bölcsés példamutató energiapolitikai elôrelátásnak minôsít-hetô a dán kormánynak az az egy-két évtizeddel ko-rábbi elhatározása is, amely milliárd dolláros nagyság-rendû összeggel támogatta az energiatakarékosságot.E döntések lehetôvé tették, egyrészt, hogy Franciaor-szág – elsôsorban nukleáris fejlesztései révén – Euró-pa legstabilabb energiaellátásával rendelkezzen, más-részt, hogy Európában Dánia energiahatékonyságama a legjobb. Szintén figyelemre méltó elôrelátásróltanúskodott az akkor még a világ legnagyobb olajter-melôjének, az Egyesült Államoknak közvetlenül a II.világháború után megtett azon lépése, amit a jaltaikonferenciáról hazatérôben Roosevelt alapozott megSzaúd-Arábia királyával történt találkozóján. Ezenelkötelezte az Egyesült Államokat a mára legnagyobbolajtermelôvé vált Szaúd-Arábiával való barátságárólés támogatásáról hosszú távú olajszállítások fejében.Részben ennek következtében az Egyesült Államok –az 1971 óta csökkenô olajtermelése dacára – egyelôrenem szenvedett hiányt (leszámítva az elsô olajválságalatti öt hónapot) az olajellátásban. A jelenlegi ener-giapolitikáját azonban már sok kritika éri.

Az elsô olajválság alatt a világ országai többségeszámára súlyos problémát okozott az energiapolitika

hiánya. A 1970-es évek elsô felében az országok meg-ismerhették az olajbirtokosok kezében levô úgyneve-zett olajfegyvert, ami rámutatott arra, hogy az olajmennyire képes befolyásolni egy-egy ország, sôt or-szágcsoport gazdasági és társadalmi helyzetét mindközvetlen, mind pedig közvetett módon.

Bár a gyakorlatban felmerülô igazi energiapolitikaidöntések száma nem túl nagy, az azokat megalapozóismert és váratlanul felbukkanó tényezôké, jelensége-ké viszont igen. Energiapolitikai jelentôsége van:

• az importfüggô országokban/országcsoportok-ban a potenciális szállító/tranzitáló országokkal valókapcsolatok alakításának,

• a diverzifikáció értelmezésének (mind a forrá-sok, mind a szállítási útvonalak szerint). Az energia-politikus készítse fel a professzionális politikát (ter-mészetesen a külpolitikát is), hogy az a nemzetközitárgyalásokon kellô információval rendelkezzen.

• Ugyancsak energiapolitikai kérdés a villamosenergia elôállításának mikéntje (nukleáris-fosszilis-megújuló),

• az új energiatermelési távlatok megnyitása érde-kében a kutatási-fejlesztési források kellô mértékénekbiztosítása,

• az energetikai társaságok tulajdonlásának meg-határozása,

• a környezet védelme és a helyi energiaforrások/megújulók fokozott hasznosítása.

• Fontos energiapolitikai feladat a hatékonyságnöveléséhez és az elengedhetetlen energiatakarékos-ság javításához szükséges források rendelkezésre bo-csátása.

• Azokban az országokban, ahol az energiahaté-konyság gyenge, az energiapolitikusoknak kell felhív-niuk a figyelmet arra, hogy a gazdaságfejlesztésértfelelôs politikusok a kis energiaigényû tevékenységekfejlesztésével segítsék a gazdaság növekedését. Ez azenergetika, a gazdaság, a külpolitika, a kereskedelem,a közlekedéspolitika/szállítás fejlesztésének együtteskezelését igényli.

• Ugyancsak fontos energiapolitikai feladat azenergiatakarékos társadalmi tudat alakítása, és azenergetikai fejlesztések terveinek nyilvános kezelése.

Az energiapolitika keretében azt is alaposan vizs-gálni szükséges, hogy milyen tényezôk befolyásoljáka jövô energiafelhasználását.5 Ezeket figyelembe véve

5 Például a népesség növekedése, a természeti erôforrások kime-rülése, a technológiai fejlôdés elôre meg nem jósolható volta, azivóvízhez és a táplálékhoz való hozzájutás növekvô nehézségei, akörnyezet szennyezése, a természeti katasztrófák, az anyagi javakegyenlôtlen földrajzi és társadalmi elosztása miatt a társadalmi és apolitikai – akár háborúkba is torkolló – feszültségek élezôdése.

a jövô bizonytalanságát több lehetséges jövôkép fel-rajzolásával csupán változatokban és tendenciajelleg-gel lehet figyelembe venni. Azonban még a tenden-ciákat is csak változatokban célszerû prognosztizálni:a politikai helyzet, a gazdasági és technológiai fejlô-dés, valamint a környezet követelményeinek a függ-vényében. Amennyiben a tendenciák változnak, le-gyen mód a közöttük való átmenetre. Tehát az ener-

SZERGÉNYI ISTVÁN: AZ ELOKÉSZÍTÉS, AZ OKTATÁS, A TUDOMÁNY ÉS A TECHNOLÓGIAFEJLESZTÉS SZEREPE AZ ENERGIAPOLITIKÁKBAN 327

giapolitika rugalmasságának lehetôvé kell tennie aváltozékony jövôhöz való alkalmazkodást, és arra –amirôl a késôbbiekben még szólunk – a társadalmat isalkalmassá kell tennie.

Speciális helyet foglalnak el az energiapolitikábólkövetkezô egyes programok. Ezek jellegzetes képvi-selôi közé tartoznak azok, amelyek az energiahaté-konysággal, illetve az energiával való takarékossággalfoglalkoznak. Az energiaigény-prognózisok alternatí-váinak becslésére célszerû figyelembe venni az össz-energia-hatékonyság javulásának kívánatos ütemét,hiszen az a GDP növekedésénél nagyobb befolyástgyakorol az igényekre. Ráadásul abban összevontanleképezôdik a termelési szerkezet változásának, atechnológiai fejlôdésnek, valamint az energiatakaré-kosság alakulásának a hatása.

Kormányzati szinten szükséges és célszerû szabá-lyozni az országokon belüli árak alakítását, továbbámegalkotni az egyes, az energetikához kapcsolódójogszabályokat. A külkereskedelmi árak a keresleti-kínálati viszonyoktól függenek (ezen belül a kínálatotpéldául nagymértékben befolyásolja az elsô olajválságalatt az embargón túl megismert – az árakat nagymér-tékben növelô – a már említett olajfegyver is). A bel-földi árakat ezen kívül nagymértékben befolyásolja azadópolitika. A jövôvel kapcsolatos várható áralakulá-sokkal kapcsolatban azt is figyelembe kell venni,hogy nemcsak az energiaimportra szoruló országok-nak, hanem az energiabirtokosoknak is megvannak asaját energiapolitikáik. Ezek minden bizonnyal arrairányulnak, hogy az olajból és a gázból származó be-vételeiket a nemzetközi kereskedelmi árakon keresz-tül minél hosszabb ideig élvezhessék. Ez pedig termé-szetszerûen növelôen hat a világpiaci árakra. A jog-szabályalkotás ról viszont azt kell tudni, hogy az csu-pán eszköze az energiapolitikák érvényesítésének,nem pedig maga az energiapolitika. Jelentôsége még-is nagy, nélküle az energiakérdés ma már nem kezel-hetô.

A felsorolt szempontok alapján fel kell vázolni alehetséges jövôkbe vezetô alternatív utakat, majd eze-ket figyelembe véve célszerû elkészíteni az energeti-kai fejlesztések elôirányzatait. Ezek után belátható,hogy az energiapolitika kialakítása bonyolult, igaziintellektuális mûvelet, sikere pedig nem annyira azalkotók eredetiségében, mint a mások ismeretei ésgondolatai iránti fogékonyságban, azok feldolgozásá-ban, azaz a befogadóképességben, a világban zajlóeseményekre való rálátásban rejlik.

Mindezeken túl, Lester R. Brown, az Earth PolicyInstitute (Washington) intézet alapítójára hivatkozva aszerzô szerint is indokolt lenne, ha egy – az EnergiaVilágtanács vagy az ENSZ által menedzselt – nemzet-közi keretek között kidolgozott (akár globális?) ener-giapolitika tartalmazná egy új gazdasági alapokonnyugvó, eljövendô világ elôkészítését. Azt egy ma méghiányzó úgynevezett vészforgatókönyv („B-terv”) írnále, amelyben a megújuló és a hulladékenergia, vala-mint az újrahasznosítható anyagok stb. felhasználásadominálna. Sokak szerint ez már a futurológia témakö-

rébe vág, de a váratlan események sokasodása miattindokolt az elôretekintés. Ennek a cikknek nem céljaeme eshetôségek részleteibe bocsátkozni, csupán uta-lunk R. Duncannak és M. Simmonsnak, a világ egyiklegnagyobb energetikai befektetési társasága elnöké-nek ez irányú kiterjedt kutatásaira. Ha az energiapoliti-kus nem, akkor vajon ki gondol a távolabbi jövô ener-giaellátását megalapozó mai teendôkre? Ezzel kapcso-latban kell felhívni a figyelmet néhány olyan kérdésre,mint az oktatás, a kutatás és a technológiák fejlesztése.Az elôrelátó kormányok részt vállalnak abban a kol-lektív feladatnak az elôkészítésében és végrehajtásá-ban, amelyiknek a fosszilis energiákat felváltó új ener-giafajták ipari méretû elterjesztése és a környezeti ka-tasztrófák megelôzése a célja.

Az oktatás, a kutatás és a technológiafejlesztésjelentôsége

Az elôzôekbôl is következik, hogy az energiapolitikákmegalkotása, egyáltalán a jövô „tervezése” során azemberi tényezôt a tudósok és a tömegember szem-pontjából egyaránt figyelembe kell venni. A elôbbiek-kel kapcsolatban meg kell említeni, hogy a technoló-giai fejlôdés elôre meg nem jósolható volta miatt alegnagyobb lángelmék jövôre irányuló tudása is fo-gyatékos. Ezt példázza, hogy 1933-ban az atommagfelfedezôje, Rutherford is annak a nézetnek adotthangot, hogy az atomi folyamatok „nagyon szegénye-sek és hatástalanok az energia elôállítására, és bárki,aki erôforrást keres az atomátalakításban, csak üresszavakat zeng”.6 A tudósok idônkénti saját tévedé-

6 Tévedésével Rutherford nem állt egyedül. 1937-ben Eddingtonazt állította a Harvard Egyetem háromszáz éves centenáriumánakünneplésén, hogy „a szubatomi energiának praktikus mértékbenvaló kihasználása utópisztikus álom, és úgy látszik, valószínûen azis marad”. 1938 vége felé pedig még Einstein is tévedett, amikorszemléletes képet rajzolt a The New York Times tudományos ripor-terének arról a végtelen kicsi esélyrôl, hogy valaha feltárjuk az atomenergiáját: „Nem csak gyenge céllövôk vagyunk, hanem sötétbenlövöldözünk madarakra egy olyan vidéken, ahol nagyon kevésmadár van.” Néhány hónappal késôbb, 1939 februárjában Fermimondta ugyanannak a riporternek, hogy egy atombomba, még haelméletileg kivihetônek is bizonyul, legálabb 25–50 évnyire van.Kétségtelen, hogy ma már inkább van fogalmunk a technológiaifejlôdés gyorsulásáról, de a jövôre vonatkozó bizonytalanságok sokmás okból kifolyólag mégis megmaradtak. A jövô kellô ismereténekhiánya miatt illúzió volna azt hinni, hogy a tévedések teljességgelkiküszöbölhetôk.

seikkel maguk is tisztában vannak. Ezt legjobbanDavy a róla elnevezett bányalámpa és sok más talál-mány felfedezôjének a véleménye fejezi ki: „felfede-zéseim közül a legjelentôsebbeket tévedéseim sugall-ták”. A gyors eredmények esetleges elmaradása tehátnem indokolhatja a tudomány támogatásának meg-kurtítását, a közvetlen hasznot nem azonnal hozóintézmények felszámolását. A tudomány útja görön-gyös, és az eredményekre általában sokat kell várni. Akormányok költségvetéseit készítôknek legalább eny-nyit tudniuk kellene, és ahol felelôs kormányzás van,ott tisztában is vannak ezzel.

328 FIZIKAI SZEMLE 2007 / 9–10

Ezek után jogos feltenni a kérdést: mit tud az átlag-ember? Hiszen viselkedésétôl sok függ. Sajnos, sokminden egyéb mellett az energiáról sem eleget. A civili-záció nagy valószínûséggel csak akkor marad fenntart-ható, ha a széles tömegek, az egész emberi társadalomis képes lesz alkalmazkodni a globális kihívásokhoz.Súlyos hibát követ el az a kormányzat, amelyik ezt fi-gyelmen kívül hagyja, és nem hozza létre, illetve nemtartja fenn mind az egyéni, mind pedig a társadalmi al-kalmazkodóképesség kialakításának feltételeit, többekközött az igényes közmûvelôdés és közoktatás (továb-bá az elôbbiek értelmében a kutatás) kellô támogatásá-nak kereteit. Az ebbôl a szempontból magára hagyottegyén – sodródva, tulajdon természetétôl hajtva – óha-tatlanul is társadalmi veszély forrása. Ezen pedig azoktatással és a minden szinten történô felvilágosítássallehet és kell is javítani. Ahhoz, hogy az egyes ember nepazaroljon, azaz ne használjon fel az ésszerûség hatá-rait meghaladó mennyiségû energiánál többet, az szük-séges, hogy az oktatás ne kizárólag az ismeretközlést, anevelés pedig ne csupán a gyakorlatias magatartást, ha-nem az etikai normákat is szolgálja.

A tapasztalatok szerint a gazdag társadalmak számot-tevô hányada nem tud ellenállni a piaci növekedéstmozgató erôknek, így – ha megteheti – enged a túlzottkényelemre és a pazarlásra való hajlamának. Ehhez sa-ját alaptermészetén kívül hozzásegíti az az eluralkodottpiaci szemlélet is, amelyik számára jobbára csak a mostés a közeljövô az irányadó. Ez a felfogás azonban nemszámol a nyersanyagvagyonok végességével, tehát nél-külözi a jövô generációk iránti felelôs gondolkodást.Túlzás nélkül állítható, hogy a válságok elsôdlegesenszellemi természetûek, a máris érzékelhetô környezeti,és az egyre inkább fenyegetô nyersanyagválság pedigjórészt ezek következményei. Sokban egyet lehet értenia Britannica Hungarica azon megfogalmazásával,amely szerint „a piac mindent megold” túlságosan libe-rális felfogása elavult.7 De ezt vallja Joseph E. Stiglitz

7 Laissez-faire: („hadd menjen a maga útján” – a francia laissezfaire, laisser passer mondásból alakult ki), a gazdasági liberalizmusjelszava. Ennek a gazdaságpolitikának a lényege, hogy az államcsak minimális mértékben avatkozzék be az egyének és a társada-lom gazdasági ügyeibe. A kifejezést a 18. század második felébentevékenykedô francia közgazdászoktól származtatják. Az elméletszerint az egyén azzal teszi a legtöbbet és a legjobbat annak a társa-dalomnak, melyhez tartozik, ha saját egyéni céljait követi. Az állam-nak az a dolga, hogy fenntartsa a rendet és a biztonságot, s ne avat-kozzék bele az egyén kezdeményezéseibe, melyekkel saját céljaifelé tör. Ez a filozófia 1870 táján érte el népszerûsége csúcsát. Ezután az ipari növekedés és a tömegtermelési módszerek bevezetéseáltal okozott drámai változások világossá tették, hogy a laissez-faireelmélet nem alkalmas a korszak új problémáinak orvoslására. Báraz eredeti elképzelés híveinek nagy része új elméletekhez pártolt, efilozófia fô vonalainak még mindig vannak követôi.

Nobel-díjas is: „Az a régi hiedelem, hogy a szabad pia-cok mindig növelik a hatékonyságot, egyszerûen té-ves.” Különösen igaz ez a társadalom számára létfon-tosságú energetika területén. Az emberi társadalmakéletének, civilizációjának fenntarthatósága érdekébenugyanis stabil energiaellátásra van szükség, amit a piacspontaneitása nem feltétlenül képes megalapozni, ésezt a már bekövetkezett blackoutok bizonyítják is.

A szemléletesség kedvéért jegyezzük meg, hogy a vi-lág népessége – hat és félmilliárd ember – ma annyienergiát használ fel az évmilliók alatt a természetben fel-halmozódott meg nem újuló energiaforrásból, amennyit– csupán fizikai erejükre támaszkodva a valaha éltösszes embernél több, azaz – százmilliárdok8 tudnának

8 Jean-Noël Biraben szerint a kezdetektôl összesen körülbelül 80milliárd ember élt a földön. Ebbôl mintegy 40 milliárd az utóbbi kétévezredben, 15 milliárd pedig az utóbbi két században született.

(távolról sem a mai ember igényeinek megfelelôenátalakított formában) elôállítani. A legfejlettebb tech-nológiai társadalmak leggazdagabb egyedeinek kényel-mét akár 100 „fantom rabszolga” is szolgálhatja, de egy-egy átlagember mögött is 30–40 embererônek megfele-lô természettôl elragadott, nagyrészt – az egykor végesmennyiségben keletkezett – fosszilis energia áll. Azt,hogy a természet ilyen mértékû kihasználása mára le-hetségessé vált és a civilizáció jelenlegi szintje kialakult,csak a tudomány és a technika, azaz az emberiség általhosszú idô alatt felhalmozott kollektív szellemi energiatette lehetôvé. A kôolaj termelésének elôbb-utóbb be-következô csökkenése miatt azonban ebben a létfon-tosságú kérdésben meg kell találni a kiegyensúlyozottenergiaellátású jövôbe vezetô utat. Nyilvánvaló, hogyez ismét kollektív szellemi erôfeszítést követel, amiheznélkülözhetetlen azoktatás–kutatás–technológiafejlesz-tés láncolata. A múlttal összevetve azonban azt kellmegállapítanunk, hogy ehhez ma már összehasonlítha-tatlanul kevesebb idô áll rendelkezésre, hiszen a termé-szet kiuzsorázási folyamata nagymértékben elôreha-ladt. Ezért fogadjuk el két Nobel-díjas észrevételét:Szent-Györgyi Albert írta: „Számos fejezete ellenére ami oktatásunknak egyetlen tantárgya van: olyan em-berek nevelése, akiknek a lábán nem lötyög a felnôttekcipôje, és akik képesek egyenesen állni, tekintetüket aszélesebb horizonton hordozva. Ez a feladat – bármelyszinten – legfontosabb közintézményünkké az iskolát,a legfontosabb közéleti személlyé a tanítót teszi. A hol-nap olyan lesz, amilyen a ma oktatása.” John D. Bernalpedig a következôket írta a Tudomány és történelemcímû könyve 2. kiadásához írott elôszavában: „Mostan-tól kezdve sokkal nagyobb erôfeszítést kell tennünk atudományos és technológiai kutatás, valamint az ilyenirányú oktatás elôbbre vitelére, s az új kor elônyeit csakegy új […], teljesen kimûvelôdött népesség veheti birto-kába és aknázhatja ki. A tudomány túlságosan fontos éstúlságosan veszélyes, semhogy kevesekre bízhatnók.”

Csak röviden, címszavakban és a teljesség igényenélkül villantunk fel néhány irányt, amelyben külön-bözô elôrehaladottsági fokon már folyamatban van-nak az új távlatokat megnyitó energetikai kutatások: ahideg fúzió, a magas hômérsékletû szupravezetés, ananotechnológia energetikai alkalmazása. Kiemeltenfontos nemzetközi energiapolitikai döntés volt a kö-zelmúltban – az egyelôre ugyan bizonytalan kimene-telû – a fúziós energiatermelés megvalósítására irá-nyuló, több ország együttes részvételével történô ku-tatás megindítása. Amennyiben az sikeres lesz, azenergiagondok nagy részét – a légi közlekedés és a

SZERGÉNYI ISTVÁN: AZ ELOKÉSZÍTÉS, AZ OKTATÁS, A TUDOMÁNY ÉS A TECHNOLÓGIAFEJLESZTÉS SZEREPE AZ ENERGIAPOLITIKÁKBAN 329

körülbelül 300 ezer terméket elôállító petrolkémiaiipar kivételével – feltehetôen megoldja, hiszen a villa-mos energia változatos felhasználása a fosszilis ener-gia kiváltására aránylag széles körben megvalósítható.A fúziós energia ipari elterjedésére azonban a fél év-százados múltra visszatekintô kutatás után még sze-rencsés esetben is legalább ugyanennyi idôt kell vár-ni. Minden bizonnyal ez lehet az eddigi legnagyobbjelentôségû és egyben a leghosszabb idôtartamú in-novációs ciklus. Ez alatt az idô alatt az átállásra fellehet és kell készíteni a társadalmakat, valamint kilehet és kell építeni a szükséges infrastruktúrákat.

A kutatásokon túl, a gyakorlati megoldásokhozközeli technológiai fejlesztések száma nagyobb. Ezekközül ugyancsak címszavakban – és a teljesség nélkül– említjük: a „hagyományos” fissziós nukleárisener-gia-termelést, a szénhidrogén-termelések különbözôúj változatait, a GTL- és CTL-technológiákat,9 a meg-

9 Gázból és szénbôl történô üzemanyag-elôállítás; GTL: Gas toLiquid, CTL: Coal to Liquid

újuló energiaforrások hasznosításának seregét (bennekiemelten a napenergiát), a villamosenergia-tárolást, aszéndioxid füstgázokból történô kivonását és „elteme-tését”, a hidrogén elôállítását, tárolását és szállítását,valamint általában a kapcsolódó fejlesztéseket (pél-dául a gépkocsiipar és az információs technológiaelterjesztését az energetikán belül).

A távlati energiaigényeknek a – kutatási fázisbanvagy még abban sem levô új eljárásokkal történô – ki-elégíthetôsége attól függ, hogy miként sikerült a ter-mészet egyre jobb megismerésében elôrehaladni, illet-ve mennyire sikerül szaporodó elméleti tudásunkat agyakorlat szolgálatába állítani. Remélhetôen elmondha-tó Madách Imrével: „nehany anyag más-más tulajdo-nokkal felruházva, miket elôbb, hogysem nyilatkozza-nak, nem is sejtettél bennök, most vonzza, ûzi, és ta-szítja egymást […] Az ember ezt, ha egykor ellesi, vegy-konyhájában szintén megteszi.” A költô zseniális vízió-ját azonban csak akkor van esélye a technológiának va-lóra váltani, ha megfelelô mértékû anyagi eszközök áll-nak a tudományos kutatásnak is a rendelkezésére. Eb-ben az államok felelôssége nélkülözhetetlen.

Néhány megjegyzés az európai ésa magyar energiapolitikáról

A 27 tagból álló EU-ban él a világ lakosságának 6%-a,az összes energiafelhasználásból azonban 16–17%-kalrészesedik, miközben ennek csak tört részét tudjasaját termelésbôl fedezni. Tehát az Unió mûködésétnagymértékben befolyásolja a világ energiapiaca.Energiapolitikájának három fô célkitûzése a fenntart-hatóság, a versenyképesség és az ellátás biztonságá-nak szavatolása. Különösen ez utóbbival kapcsolat-ban szükséges ismételten hangsúlyozni, hogy az ener-gia nem lehet csupán üzleti kérdés, mivel az a társa-dalmak létszükséglete. Ezért is fontos, hogy a tagor-szágok ne váljanak egyoldalúan kiszolgáltatottakká a

beszállítókkal szemben. E tekintetben az EU egyesországai eltérô helyzetben vannak. Számokkal alátá-masztható, hogy míg a 15-ök függôsége több régióirányába oszlik meg, addig az újonnan csatlakozóktöbbsége meglehetôsen egyoldalú függôségben van,éspedig Oroszországtól.

Kérdés, hogy mindegyik tagország képes lesz-e elfo-gadni a közös célkitûzéseket? Le tud-e számolni néhánytabuval, közöttük a nukleáris opció újbóli mérlegelésé-vel? Ha egy tagállam a célok elérése érdekében nem ta-núsít megfelelô magatartást, illetve nem ad helyes vá-laszt a globális kihívásokra, annak következményeimás tagállamokat is érinthetnek. Ezért van szükségeEurópának, mint közösségnek olyan energiapolitikára,amit valamennyi tagállam a magáévá tud tenni, és ami-hez tartja is magát. Az egyes országoknak azonban tud-niuk kell azt is, hogy a jelenlegi alapszerzôdés szerintaz általános alapelvek (az áruk, a tôke, a szolgáltatásokés a személyek szabad mozgása) nem vonatkoznakazokra a tagállami jogszabályokra, amelyeket az ener-giapolitika érvényesítése miatt a közérdek vagy a köz-biztonság érdekében fogad el a jogalkotó.

Az uniós energiapolitikának az elmúlt 10 év alattievolúciója a weben nyomon követhetô.10 Ezért csu-

10 Lásd az irodalomjegyzéket.

pán annyit jegyzünk meg, hogy az európai energiapo-litikára jellemzô a demokratikus megközelítés, ami-nek keretében az eddigi munkákhoz bármelyik euró-pai polgár hozzászólhatott.

A jelen cikk a magyar energiapolitikával sem fog-lalkozik részletesen. Három dolgot azonban indokolt-nak tart megemlíteni:

1) Az 1993-ban az Országgyûlés által elfogadottenergiapolitikai anyagban megfogalmazottak több te-kintetben sem teljesültek. Ezek közül ki kell emelni azenergetikai vagyonban bekövetkezett tulajdonváltozá-sokat. Az eredeti energiapolitika szerint „Az új energia-politika […] eleme egyes részterületeken (a kereskedel-mi, szolgáltatói üzletágakban) a nemzeti, más üzlet-ágakban pedig az állami majoritás melletti részlegesprivatizáció.” Továbbá: „A helyi önkormányzatok jelen-tôs szerepet vállalhatnak az energiaszektor irányításá-ban és vagyonának tulajdonlásában. A helyi önkor-mányzatok vagyonrészesedése az energiaszolgáltatás-ban számottevô lehet: a villamosenergia-szolgáltatás-ban az aránya 25–35%-ot, a földgázszolgáltatásban mégennél nagyobbat is elérhet.” Valamint: „A közszolgálta-tási és kereskedelmi tevékenységet végzô társaságok(helyi áram- és gázszolgáltatók, tüzelô- és üzemanyag-forgalmazók) többségi vagy kizárólagos önkormányzatitulajdonba is kerülhetnek.” Az 1994. évi kormányváltásután ezzel szemben az Országgyûlés Az állam tulajdo-nában lévô vállalkozói vagyon értékesítésérôl címû1995. évi törvénnyel az állami tulajdon piaci alapokonmûködô magántulajdonba juttatása érdekében lehetô-vé tette a gáz- és áramszolgáltatók többségi tulajdoná-nak, valamint a MOL-nak, a villamos erômûveknek ma-gánkézbe juttatását az energiapolitikában meghatáro-zott korlátozások nélkül.

330 FIZIKAI SZEMLE 2007 / 9–10

2) Az energiapolitika csak a gazdaságpolitikával (és

1. ábra. A magyar energiaigényesség-változás kívánatos üteme azelkövetkezô 25 évben. Az EU energiaigényességének prognosztizáltváltozása −1,7% (szaggatott vonal). Az EU energiaigényessége jelen-legi szintjének eléréséhez szükséges (és az utóbbi évtizedben tar-tott) 3,6%-os csökkenést mutatja a folytonos vonal. 25 év alatt törté-nô felzárkózáshoz évi 5,2% energiaigényesség-csökkenés lenneszükséges (pontozott vonal).

2,5

2,0

1,5

1,0

0,50 5 10 15 20 25

évek

–3,6%

–5,2%

–1,7%

en

erg

iaig

én

yess

ég

(ön

k.egys.

)

EU-átlag

Magyarország

amint az az elôzôekbôl kiviláglik a külpolitikával is)összhangban fogalmazható meg. A magyar gazdaságenergiaigényessége az EU átlagának a két és félszerese(1. ábra ). Ezért versenyképességünk egyik alapvetôfeltétele a GDP-termelés energiahatékonyságánakgyors javítása. Magyarországnak ahhoz, hogy a haté-konyság szempontjából a jelenlegi uniós szintet 2030-raelérje, az energiaigényesség javításában legalábbugyanazt az (évi 3,6%-os) ütemet kellene fenntartania,amit az utóbbi évtizedben már teljesített, amikor jelen-tôs strukturális változások zajlottak le. Azonban azUnió ugyancsak javuló ütemével elért szinthez (szagga-tott vonal) való felzárkózáshoz már évi 5,2%-ra volnaszükség (pontozott vonal). Eme kívánatos ütem(ek) tel-jesülése csak úgy lehetséges, ha a gazdaságpolitikábanaz energiapolitika a jelenlegi gyakorlattal szemben ak-tív szerepet kap. Ennek érdekében fel kell hívnia a fi-

gyelmet arra, hogy többé ne engedjünk tôkebevonástérvényesülni az energiafaló beruházásokba. Ezzelszemben szorgalmazni kell a gépipari, az informatikai,a (gyógy)turisztikai, a szolgáltatási, a gyógyszeripari, abio- és nanotechnológiai stb. irányokba történô tôke-vonzást. Az energia- és anyagtakarékosságot, az ener-gia racionális felhasználását a meglevô, illetve a meg-maradó energiaigényes (petrolkémiai ipar) kultúrák ér-téknövelésének maximálását, szellemi erôforrásaink ezirányú latba vetését, az anyagi ösztönzés minden esz-közét igénybe kell venni.

3) Végül és nem utolsó sorban fogadjuk el itt isJoseph. E. Stiglitz gondolatát: „Ha egy országban lelas-sult a gazdasági növekedés, s nô a deficit, akkor semszabad visszafogni a kutatásra és az infrastruktúrafejlesztésére költött pénzeket.”

Az érdeklôdô olvasót az alábbi, bibliográfiaszerû iro-dalomjegyzékkel kívánjuk a téma részleteit érintô to-vábbi olvasásban segíteni:Britannica Hungarica Encyclopedia Britannica. Inc. 2005.D.H. Meadows, D.L. Meadows, J. Randers, W.W. Behrens: The Li-

mits to Growth (A növekedés korlátai). Universe Books, NewYork, 1972.

Fodor J.: A nyersanyagok szerepe az emberiség jövôjében (A kívántjövôtôl a lehetséges jövôig). Gondolat, Budapest, 1976.

J.-N. Biraben: L’évolution du nombre des hommes. Population etSociétés n°394, octobre 2003, 1–4.

Jáki Sz.: The Relevance of Physics. University Press, Chicago, 1966.J.D. Bernal: Science in History. Watts, London, 1957.L.R. Brown, az Earth Policy Institute (Washington) intézet alapítója:

Plan b. 2. Rescuing a Planet under Stress and a Civilisation inTrouble.

M. Simmons: Autopsy of our Energy Crisis. The Pacific Union Club.San Francisco, California. May 29, 2007.

R. Duncan: The Olduvai Theory of Industrial Civilization. http://www.hubbertpeak.com/duncan/Olduvai.htm

Szergényi I.: Gondolatok az Európai energiapolitikáról 1–3. FizikaiSzemle 49/9 (1999) 325., 50/5 (2000) 145., 51/11 (2001) 347.

Szergényi I.: Az energiafelhasználás-változás a modernizáció függ-vényében. Energiagazdálkodás 1992. febr.

Szergényi I.: A kôolaj és a civilizáció. Magyar Kémikusok Lapja2007. 4.

Chatham House Conference on The New Politics of Energy, Europein a Global Context. 14–15/05/2007

W.I. Beveridge: The Art of Scientific Investigation. Norton, NewYork, 1957.

J.E. Stiglitz: A globalizáció és visszásságai. Napvilág Kiadó 2003.Az európai energiapolitika anyagai a következô webhelyen találha-

tók: http://europa.eu/pol/ener/index_hu.htm

TUDÓSOK FASORA Lóczy Lajos Középiskola, BalatonfüredLáng Róbert

Balatonfüred. A város nevét hallva sok minden eszünk-be juthat. A magyar tenger, az egymást érô szállodaso-rok, a hajókikötô vitorlásai. A parti sétányról gyönyörûkilátás nyílik a tóra, a panoráma a tihanyi apátság épü-letével feledhetetlen. De van itt valami más is, amihezhasonló lehet, hogy sehol a világon nem található!

Tegyünk egy rövid sétát a sétány melletti parkban,és utazzunk vissza az idôben. 1926-ot írunk. 1926. no-vember 1-jén érkezett a balatonfüredi szanatóriumbaRabindranath Tagore, Nobel-díjas hindu költô, hogy

szívbetegségét itt kezeljék. Felépülése után, hálája jelé-ül, hársfát ültetett a parkban, amit a késôbbiek sorántöbb indiai politikus – köztük köztársasági elnökök ésminiszterek – követett. Indira Gandhi például 1972-ben, Radzsiv Gandhi pedig 1988-ban ültetett itt fát.Ezeket újabb és újabb fák követték: költôk (köztük aNobel-díjas Salvatore Quasimodo ), ûrhajósok, politiku-sok emlékfái. 1956-ban egy indiai küldöttség felavattaTagore bronzszobrát, és 1957-tôl a korábban Deák Fe-renc rôl elnevezett sétány az ô nevét viseli.

LÁNG RÓBERT: TUDÓSOK FASORA 331

Van itt azonban egy kis sétaút, melynek két oldalán

A Nobel-díjas tudósok fasora. (A fényképeket Pápai Márk, a LóczyGimnázium 10. évfolyamos diákja készítette.)

Wigner Jenô táblája

Tábla P.A.M. Dirac fájánál

szinte egymást érik a fákhoz tartozó emléktáblák. „Ezta fát Nobel-díjas fizikus ültette”, „ezt a fát Nobel-díjasfizikus ültette”, és a következôn, meg az azt követôtáblán is hasonló felirattal találkozunk.

A két legkorábbi tábla egymás mellett egy 1972.június 13-i faültetésrôl mesél. Az egyiken RichardPhillips Feynman (1918–1988) amerikai fizikus, amásikon Bruno Pontecorvo (1913–1993) Lenin-díjasolasz–szovjet fizikus neve olvasható. Mindketten azabban az évben Balatonfüreden tartott Neutrínó Kon-ferencia résztvevôi voltak. Feynman kvantum-elektro-dinamikai munkásságáért 1965-ben kapott megosztottNobel-díjat, Pontecorvo pedig a neutrínófizika terénalkotott maradandót.

1972-bôl még egy táblát találunk. AugusztusbanBudapesten nemzetközi atomfizikai konferenciát ren-deztek, és ennek volt résztvevôje Ilja MihajlovicsFrank (1908–1990), aki Pavel A. Cserenkov és Igor J.Tamm ugyancsak szovjet fizikusokkal együtt 1958-ban vehetett át megosztott Nobel-díjat a Cserenkov-effektus felfedezéséért és értelmezéséért. Ô 1972.augusztus 3-án ültette el emlékfáját.

1976. augusztus 14-én magyar származású fizikusültethetett fát. Wigner Jenô (1902–1995), aki 1963-bankapott megosztott Nobel-díjat „az atommagok és azelemi részecskék elméletének továbbfejlesztéséért,különös tekintettel az alapvetô szimmetriaelvek felfe-dezéséért és alkalmazásáért”.

1977-ben Budapesten rendezték meg az EurópaiRészecskefizikai Konferenciá t. A díszvendég az an-gol Paul Adrien Maurice Dirac (1902–1984) volt,aki 1933-ban megosztott Nobel-díjat kapott (ErwinSchrödinger rel együtt) „az atomelmélet új, hatékonyformáinak felfedezéséért”. Természetesen az ô em-lékfája is bekerült a sorba, melyet 1977. július 11-énültetett el.

Csupán két évet – 1979. június 9-ig – kellett várni akövetkezô emlékfa elültetésére. Ekkor látogatott ha-zánkba Alekszandr M. Prohorov, aki kvantumelektro-nikai alapkutatási eredményeiért kapott megosztottNobel-díjat.

1982-ben – immár harmadszor – ülésezett a Neutrí-nó Bizottság Balatonfüreden, adva volt a lehetôségegy újabb ültetésre. Rudolf Ludwig Mössbauer(1929–) „a gamma-sugarak rezonancia-abszorpciójá-nak kutatásáért és ezzel összefüggésben a Mössbauer-effektus felfedezéséért” kapott megosztott Nobel-díjat1961-ben. A faültetésre 1982. június 15-én került sor.

1986-ban újabb nemzetközi konferenciának adottotthont a Balaton-part: Balatonszéplakon üléseztek aNem-kristályos félvezetôk ’86 konferencia kutatói.Ezen a konferencián vett részt Sir Nevill Francis Mott(1905–1996) angol Nobel-díjas fizikus, aki nyolcadik-ként 1986. szeptember 18-án ültetett fát. Mott kétamerikai fizikussal megosztott Nobel-díját 1977-benvehette át „alapvetô elméleti munkájáért a mágnesesés rendezetlen szisztémák elektronszerkezeténekmeghatározása terén”.

1987-ben és 1989-ben két újabb emléktáblával gya-rapodott a sétaút. Bár a faültetôk egyike sem kapottNobel-díjat, szakterületükön maradandót alkottak, ígyjoggal kerülhettek ide az emlékfáik. 1987. június 21-énA világegyetem szerkezete címû, Balatonfüreden tartottfizikuskonferencia egyik résztvevôje, Benoit B. Man-delbrot (1924–) „francia matematikus, a fraktálok felfe-dezôje” – ahogy az emléktáblán olvashatjuk – ültetett

332 FIZIKAI SZEMLE 2007 / 9–10

Marx Györgyre emlékezik a tábla

fát. 1989. szeptember 10-én pedig Wigner után ismétmagyar származású fizikus, Kürti Miklós (1908–1999),az alacsony-hômérsékletû fizika kutatója tisztelte megBalatonfüredet faültetéssel. Ô is egy balatonfüredikonferenciára érkezett, amit Energia-alternatívák –kockázat címmel tartottak.

1991-ben újabb magyar származású fizikus látoga-tott Budapestre. És bár Nobel-díjat ô sem kapott, aneve mégis mindenki elôtt ismert lehet: Teller Ede(1908–2003). Teller Ede 1991. szeptember 6-án, aváros lakóival és a Lóczy Lajos Gimnázium diákjaivalvaló találkozás után ültette el tiszafáját a sétányon.

1994 kivételes év volt, egyszerre két magyar szár-mazású tudós kapott Nobel-díjat. Harsányi János(1920–2000) megosztott közgazdaságit „a nem-koope-

ratív játékok elméletében az egyensúly-analízis terénvégzett úttörô munkásságért”, Oláh György (1927–)pedig kémiait „a karbo-kation kémiához való hozzájá-rulásáért”. 1995. május 6-án magyarországi látogatá-suk részeként mindketten fát ültettek a fasorban.

Daniel Carleton Gajdusek (1923–) amerikai orvos-kutató volt a tudósok fasorának következô faültetôje.Fô kutatási területe a lassú vírusok csoportja. „A kan-nibalizmus okozta kuru betegség leírásáért” 1976-banmegosztott orvosi-élettani Nobel-díjat kapott. Az ülte-tésre 1998. szeptember 23-án került sor.

A fasor eddigi utolsó, tizenötödik fája 2005. július 7-énkerült a helyére. Ültetôje Balatonfüred németországi test-vérvárosának szülötte, Robert Huber (1937–) kémiai No-bel-díjas kutató Germeringbôl. „A fotoszintetikus reak-cióközpont háromdimenziós felépítésénekmeghatározá-sáért” kapott megosztva Nobel-díjat 1988-ban.

A fasortól kicsit távolabb, szerényen meghúzódvatalálhatunk azonban még egy táblát. Egy olyan emberemléktábláját, akinek a tudósok fasorának létrejöttétköszönhetjük. Ô, sajnos, már nem ültethetett emlékfátide, ezt Balatonfüred városa az Eötvös Loránd Tudo-mányegyetem Atomfizika Tanszékének és az EötvösLoránd Fizikai Társulatnak segítségével 2003-ban pó-tolta. A táblán pedig csak ennyi áll:

„Marx György (1927–2002) akadémikus emlékére –aki a Nobel-díjasok fasorát létrehozta”…

Irodalomhttp://nobelprize.orghttp://nobeldijasok.lap.huVastagh Gy.: A tudós-emlékfák története (1972–2003). Füredi Histó-

ria III. évf. 3. sz.

A FIZIKA TANÍTÁSA

AZ ELTE FIZIKA DOKTORI ISKOLÁJA»A FIZIKA TANÍTÁSA« CÍMMELPHD-PROGRAMOT INDÍT FIZIKATANÁROK RÉSZÉRE

A fizika tanítása a közoktatásban és a felsôoktatásbanegyaránt nehéz helyzetben van. A kiutat kiválóanképzett és szaktárgyuk iránt elkötelezett tanárok kép-zése jelentheti. A bolognai folyamat részeként a tanárimesterszakokat – a fizikatanárit is – a neveléstudo-mány szakterülethez sorolták, ezzel a szaktárgyi kép-zés lehetôségei a korábbiakhoz képest jelentôsenszûkülnek. A képzés harmadik szintjét jelentô PhD-képzés – a tanári munkához kapcsolódóan – eddigszintén csak a neveléstudományon belül adott.Ugyanakkor a fizika szaktanárok részérôl nagy igény

van a fizika szakterületen, a fizika tanítása témakör-ben végezhetô doktori képzésre és a fizika PhD-foko-zat megszerzésére. Az utóbbi évtizedekben a „fizikatanítása” nemzetközileg elismert, a fizikához szorosankapcsolódó interdiszciplináris tudományterületté fej-lôdött. A nyugati egyetemek jelentôs része a „fizikatanítása” témakörben végzett eredményes doktoritanulmányok és tudományos alkotómunka elismeré-seként fizika PhD-címet ad.

A nemzetközi gyakorlattal összhangban az ELTEFizikus Doktori Iskolája, az országban elsôként, önál-

A FIZIKA TANÍTÁSA 333

ló PhD-programot indít fizikatanárok számára A fi-zika tanítása címmel. Az elsô három éves képzés a2007–2008-as tanév szeptemberében indult.

Az új képzési forma beindításánakháttere és indoklása

Csökkenôben a fizika társadalmi presztizse

A 20. század utolsó évtizedei sajátosan ellentmondá-sos helyzetet hoztak világszerte, de hangsúlyosanMagyarországon is. A fizika, a többi természettudo-mánnyal és a rájuk épülô alkalmazott tudományokkal(orvostudomány, mérnöki tudományok) korábbansoha nem látott robbanásszerû fejlôdést produkált,mégis csökkenô e tudományok iránt a társadalmi ér-deklôdés. Annak ellenére, hogy a tudományra épülôtechnika mindennapi életünket is egyre jobban meg-határozza, a tudományok bizalmi tôkéje megcsap-pant. Egyre kevesebben vannak, akik legalább alap-szinten átfogó képpel rendelkeznek a fizikáról, ésviláglátásukban, illetve napi gyakorlatukban kognitívszinten használják a fizikában tanultakat.

A fizikától való elfordulás már az iskolában kimu-tatható. Országos felmérések, úgynevezett attitûd-vizsgálatok jelzik, hogy a fiatalok nem kedvelik, ért-hetetlenül nehéznek, feleslegesnek tartják és ellen-szenvvel viseltetnek a fizika tantárgy iránt. Ezzel egy-becseng az utóbbi évek országos egyetemi felvételistatisztikája is, a fizikus szak iránti érdeklôdés csök-ken. (Megjegyezzük, hogy a fizika iránti érdeklôdéscsökkenése és az ebbôl adódó alulképzettség össztár-sadalmi szempontból nem a viszonylag szûk fizikus-képzés miatt aggályos, hanem a biztos természettudo-mányi alapozást kívánó mûszaki pályák, illetve azorvosképzés miatt.)

A fizika oktatási nehézségein túl a „felnôtt” társada-lom érdeklôdése és bizalma is csökken a fizika ésáltalában a természettudományok iránt. Ezt jelzi azértékes tudományos és ismeretterjesztô adások meg-ritkulása a médiában, illetve az áltudományos mûso-rok – csillagjóslás, távgyógyítás stb. – térhódítása.

Változtatni kell!

Az idézett negatív jelenségek egyértelmûvé teszik,hogy alapvetô problémák vannak a fizika iskolai ok-tatásában, illetve a tudomány társadalom felé történôkommunikációjában egyaránt. A változtatásra, a nega-tív trendek megfordítására a fizikus társadalomnakösszehangolt tudatos lépéseket kell tenni. Ilyen straté-giai fontosságú feladat az oktatás és a kommunikációkérdéseiben „hivatalból” érintett fizikatanárok szak-mai képzésének szaktudományos igényességû meg-erôsítése. Nyugati egyetemeken ennek már bevezetettmódja a „fizika tanítása” (Physics Education) programmint önálló tudományos diszciplína befogadása afizikus doktori iskolákba. A „fizika tanítása” témakör-ben végzett eredményes, alkotó kutatómunkát bizo-

nyító jelöltek disszertációjuk megvédése után fizikaPhD-fokozatot nyernek.

A következôkben részleteiben is kibontjuk e javas-lat indokait, átgondoljuk, milyen aspektusban fogad-ható el a módszertani kutatómunka a fizika szaktudo-mány szempontjából értékelhetô tudományos tevé-kenységnek, mi lehet a doktori cím megszerzésénekkritériumrendszere. Röviden vázoljuk a nemzetközigyakorlatot, összevetve a tanári PhD megszerzésénekhazai lehetôségével. Végezetül ismertetjük az ELTEFizikai Intézetében ezzel kapcsolatban elfogadottálláspontot.

A közoktatásban szükség van kiváló felkészültségû,tudós fizikatanárokraA Nobel-díjasokat nevelô régi híres gimnáziumokat atudós tanáraik tették kiváló iskolákká. Középiskolá-ban tanító tudós tanárokra ma is szükség van. A szín-vonalas tanári munka alapja a kiváló szaktudományifelkészültség, és erre épülhet rá a pedagógia. A sor-rend nem lényegtelen! Jelenleg, sajnos, a fordított sú-lyozás a preferált. A háromlépcsôs felsôoktatási rend-szerben a fizikatanári „mester”-képzés hangsúlya át-helyezôdik a pedagógiára. Ez a változás szükségsze-rûen azt eredményezi, hogy a tanárjelöltek szakmaiképzettsége a mai szinthez viszonyítva is csökkennifog. A magas szintû szaktanárképzés jelenleg nincsmegoldva. A természettudományi karokon folyó fizi-ka BSc-szintû képzés (a kétszakos tanári szakirányesetén 120 fizika kredit) után a tanári mesterképzésszervezôje már nem a fizika szakterület, hanem a pe-dagógia. (Ezt demonstratívan jelzi, hogy a diplomamegjelölése sem MSc, hanem MA!) A mesterképzés2,5 éves tanulmányi ideje alatt a fizika BSc-vel ren-delkezô tanárjelöltek oktatására fizikából kevesebbmint 20 kredit jut! A helyzetet súlyosbítja, hogy abolognai képzési séma harmadik szakasza – fizikaszaktudományi vonatkozásban – a fizikatanárok szá-mára hiányzik. Ez azt jelenti, hogy csak neveléstudo-mányból (pedagógiából) van intézményesített lehe-tôsége a tudományos igényû képzésnek és a PhD-fokozat megszerzésének. Bár e doktori képzésbenelfogadnak fizika témájú munkákat is, a képzés gon-dozója a Pedagógiai és Pszichológiai Kar, ahol termé-szetesen nem a szaktudományi (fizika) szemponto-kon van a hangsúly. Úgy gondoljuk, hogy a FizikaDoktori Iskola keretében megszervezendô Fizika ta-nítása program megfelelô kurzuskínálata, a szak-mailag igényes doktori munka (témavezetôi a FizikaiIntézet vezetô oktatói) és motivációként az így el-nyerhetô fizika PhD-fokozat, megfelelô szervezettformát adna a tudós tanárok képzésére.

Az ilyen szakmai képzésre a tanárok körében vanigény. A közelmúltban több fizikatanár szerzett foko-zatot fizika módszertani témájú munkával neveléstu-dományból. Többen közülük egyértelmûen megfogal-mazták, hogy szívesebben dolgoztak volna fizikusdoktori iskola keretei közt, és jobban örülnének a„fizika PhD”-nek.

334 FIZIKAI SZEMLE 2007 / 9–10

A fizika szakmódszertan felsôfokú oktatóiés kutatói utánpótlást igényel

A fizika tanításának tudományos igényû mûvelése ésennek szaktudományi befogadása a felsôoktatásnak isérdeke. Csak így biztosítható ugyanis, hogy a leendô fi-zikatanárok szakmódszertani képzése a fizika szem-pontrendszerét jól képviselje, a szakmódszertan kellô-en beágyazódjon a szakmai ismeretek közé. Ha a PhD-képzés, illetve a habilitáció lehetôsége a fizika szakte-rületen belül szakmódszertanból nem lehetséges, az amódszertan oktatói utánpótlását veszélyezteti.

A szakmódszertan erôsítésének másik fontos indo-ka a BSc-képzés bevezetésével elôálló sajátos helyzet.A nemzetközi tapasztalatok – és az elsô féléves sajáttapasztalatok – azt mutatják, hogy az egyetemre beke-rülô diákok középiskolából hozott szakmai ismereteiigen hiányosak. Az új helyzetben az egyetemi oktatásfeladatává válik a hiányok pótlása. A BSc bevezetôképzésében és a felzárkóztatásban fontos szerepelehet a fizika tanításának módszertani kérdéseibenjártas oktatóknak.

A fizika tanítása iránt elkötelezett, tudományosigényességgel, magas fokon képzett tanárokra az ok-tatás-kutatás, közoktatás-fejlesztés területein is szük-ség van. Az ô hiányukban a tantervek kidolgozásá-ban, fejlesztésében, a tankönyvírásban és az egyrenagyobb szerepet játszó, központosított, standardizáltvizsgák anyagában (pl. érettségi) egyre kevésbé érvé-nyesülhetnek a szakmai szempontok.

Fontos területe lenne a fizika tanításában magasfokon képzett szakembereknek a fizika népszerûsíté-se, a fizika megjelenítése az írott sajtóban és az elekt-ronikus médiában.

A fizika-szakmódszertani alkotómunka elismertségea nemzetközi gyakorlatbanAz utóbbi évtizedekben a fizika tanítása a fizika terü-letén belül nemzetközileg elismert interdiszciplináristudománnyá fejlôdött, az elismert tudományágak min-den jelentôs ismérvét mutatja:

• Egyértelmûen megfogalmazható vizsgálódásiterülete van, ami szorosan kötôdik a fizika tudomá-nyához. Alapvetô feladata, hogy a fizika eredménye-sebb, jobb, korszerûbb tanításához dolgozzon kimódszereket, beleértve a közoktatást és a BSc-szintûfelsôoktatást is. Az interdiszciplináris tudományterületeredményeit – beleértve a társadalmi érdeklôdés ígyelérhetô növekedését és a hatékonyabbá váló iskolaioktatást – közvetlenül a fizika, tágabban az egész tár-sadalom hasznosíthatja.

• A területnek sajátos módszerei vannak (amelyekegyrészt a pedagógiához, másrészt a fizikához kap-csolódnak), melyek megkülönböztetik minden más, afizikához kapcsolódó diszciplínától.

• Nemzetközi szakmai fórumai, konferenciái,szakfolyóiratai vannak.

• Mûvelôit nemzetközi szakmai szervezetek tömö-rítik (pl. GIREP).

• Az IUPAP és az EPS önálló tematikus bizottságo-kat mûködtet ezen a területen is.

A nemzetközi gyakorlatban egyre általánosabb,hogy a fizika integrálja a fizikához kapcsolódó inter-diszciplináris tudományterületeket, miközben elfo-gadja azok speciális sajátosságait is. Ilyen speciálisaninterdiszciplináris területnek tekinthetô, a fizika és apedagógia vonatkozásában, a fizika tanításának téma-köre. Színvonalas európai és amerikai egyetemeken afizika tanítása – önálló tudományos diszciplínaként –a fizika szakterületbe integrálódik. Például a BécsiEgyetemen az Elméleti Fizikai Intézet keretében mû-ködik szakdidaktikai csoport (http://www.thp.univie.ac.at/deutsch/research/didactics/diplom.htm), a né-met és amerikai egyetemek többségén a fizika szak-területen belül külön tanszéke van a fizika tanításá-nak. (Pl: http://www.phys.washington.edu/groups/peg/, http://didaktik.physik.hu-berlin.de/). A nyugatiegyetemek jelentôs részében a fizika PhD-fokozatszakmódszertani kutató munkával is megszerezhetô,illetve a fizika tanítása témából – mint fizikából – azegyetemeken habilitálni is lehet. (A fentebb megadott,és a következô ajánlott web-címeken konkrét példákolvashatók PhD- és habilitációs témákra, továbbá a fi-zika tanítása PhD-hez kapcsolt kurzusokra: http://www.uni-duisburg.de/FB10/DDPH/home.html, http://www.colorado.edu/physics/EducationIssues/about/grad_studies.htm, http://www.ncsu.edu/per/theses.html, http://web.phys.ksu.edu/info_us/degrees.html#PhysicsD, http://groups.physics.umn.edu/physed/PhD %20in %20PER/PhDInfo.html.

(Természetesen a fenti nyugati egyetemeken nem-csak a fizika szakterület, hanem a pedagógia [oktatás-kutatás] is elfogadja doktori témának a fizika szak-módszertani munkákat. A két alternatív lehetôséghangsúlyaiban és a téma megközelítésének módjábankülönbözik.)

Mit jelent a fizika szakmódszertani kutatás,és mennyiben feleltethetô mega fizikában szokásos elvárásoknak?

A felvetett kérdésre kimerítô, általános válasz adásahelyett – ami már terjedelmi okokból sem lehetséges– néhány „partikuláris” válasszal szeretnénk felelni.

A fizika tanításának problémaköre négy alapkérdésköré csoportosítható: Mit?, Kiknek?, Mikor? és Ho-gyan? tanítsunk. A tudomány és a ráépülô minden-napi technika rohamos fejlôdésével e kérdések aktua-litása folyamatos. Oktatásunk hatékonysága, sikereattól függ, megtaláljuk-e az optimális válaszokat akérdésekre. A négy alapkérdés szorosan kapcsolódikegymáshoz. Mindegyik vizsgálható és vizsgálandó ismind a fizika oldaláról, mind pedagógiai-pszicholó-giai, társadalom-szociológiai szempontból. A jó válaszmegtalálása a két oldal kiegyensúlyozottságán,együttmûködésén múlik. Nagyon fontos, hogy mind-két oldalon jól felkészült, saját tudományterületükönmagasan képzett szakemberek dolgozzanak.

A FIZIKA TANÍTÁSA 335

A fizika irányából közelítve a Mit? és Hogyan? kér-dés az alapvetô. A Mikor? kérdést elsôsorban a fejlô-déslélektan oldaláról célszerû megközelíteni, a Kik-nek? kérdésre – ami tulajdonképpen azt takarja, hogymely iskolatípusban, milyen életpályára készülve, mités hogyan tanítsunk – a választ a fizikus és a legkü-lönbözôbb szakemberek együtt tudják megadni.

A mindennapos szakmódszertani kutatómunkasorán a fizika régebbi és újabb fejezeteit, fogalmait,gyakorlati hasznosságát és szemléletformáló szerepétvizsgáljuk. A fizika tanításával kapcsolatos kutatásoklegizgalmasabb része az a háttérmunka, ami a fizikaegy-egy újabb területe elemi szintû tárgyalásánakkimunkálását jelenti. E munka példáján lehet legin-kább érzékeltetni a módszertani kutatás és a szaktu-dományi kutatás hasonlóságát. A szaktudományi ku-tatásban a legrangosabb munkák közt jegyzik a re-view-cikkeket. A review írója általában mások ered-ményeibôl építkezik, a részleteket tekintve a cikkbennincs, vagy csak alig van új eredmény, mégis az egészcikk forradalmian új szemléletet, megközelítési módotadhat. A kutatás, a szellemi alkotás, az összefoglaltrészeredmények válogatásában, kapcsolataik felisme-résében, bemutatásában, új szemlélet kialakításábanvan. A módszertani kutatásban a fizika új eredményei-nek elemi módszerekkel történô bemutatása ehhezhasonló szellemi munka, a szó legelemibb értelmébenkutatás, a bemutatás, a megértetés lehetôségeinekkutatása. A módszertani munka során a fizika ismertrészeredményeit úgy kell leegyszerûsíteni, hogy alényeg megmaradjon. Az így leegyszerûsített jelensé-geket ezután csoportosítani kell és úgy kapcsolatbahozni, hogy a részek egységes szemléletû, érdekfeszí-tô, izgalmas egésszé álljanak össze. Ilyen szakmód-szertani alkotómunka mintájának tekinthetô példáulKárolyházy Frigyes Igaz varázslat címû könyve akvantummechanika szemléleti alapjairól, vagy MarxGyörgy Életrevaló atomok címû könyve.

Ahogy a jelentôs review cikkek mögött kutatói ap-rómunka adja a hátteret, ugyanúgy a fizika tanításá-nak új útjait kijelölô meghatározó munkák mögé isszükséges a részletek kimunkálása. A részletek szint-jén a tartalmi kérdésekhez közvetlenül kapcsolódik aHogyan? kérdésre adható lehetséges válaszok meg-vizsgálása is. Úgy gondoljuk, hogy amennyiben arészletek kimunkálása egyéni megközelítést, új kap-csolási pontokat, eredeti, új módszereket tartalmaz –kutatási munkának minôsül.

Természetesen a módszertani kutató-fejlesztômun-ka nem korlátozódik a fizika tematikus fejezeteire,hanem a szokásos tananyag kiegészítését, színesítésétis célozhatja. Ilyen témákat kínál a sport, a háztartás,a közlekedés, a környezeti jelenségek stb. Az újtémák beemelése az oktatásba fokozhatja a tanulókérdeklôdését, és érzékeltetheti, hogy a fizika a kör-nyezetünkrôl, életünkrôl szól.

A nagyléptékû tantárgyfejlesztô munkák mellettfontosak a napi gyakorlati munkát könnyítô fejleszté-sek is. Ahogy a kísérleti szaktudományban tézisértékûeredmény lehet egy új mérési módszer kidolgozása,

vagy egy régebbi eljárás hatékonyabbá tétele, a fizikaszakmódszertanban egy-egy jelenség hatékonyabbtanítását segítô új kísérlet, demonstráció bevezetése,alkalmas tanulókísérleti eszközkészlet kidolgozása,számítógépes szimulációs program hasonló értékû.Kutatási feladat annak kidolgozása is, hogy mikéntalkalmazható a leghatékonyabban a számítógép afizika tanításában. Itt egyaránt fontos a mérôeszköz-ként, szimulációs eszközként, ismerethordozókéntvaló alkalmazás. Fontos fejlesztési feladat a fizikapél-dák közelítése a valós problémákhoz, olyan újszerûfeladatok kidolgozása, amelyek egyszerûen bemutat-ható kísérletekhez, jelenségekhez kapcsolhatók, aszámítások eredménye kísérletileg közvetlenül igazol-ható. A módszer hatékonyságát a diákok teljesítmé-nyén és a szakfolyóiratok olvasóin lehet mérni.

A társadalmi presztizs visszaszerzéséért az egyesszaktudományoknak érdemes összefogni. A szakmód-szertani kutatások fontos területe a fizika és más termé-szettudományok kapcsolódási pontjainak felkutatása,közös hasznot hozó oktatásfejlesztési projektek kimun-kálása. Ez olyan új, tantárgyközi interdiszciplinárisszemlélet kidolgozását jelentheti, amely, kiegészítve akörnyezettudomány elemeivel, alkalmas lehet szélestársadalmi rétegek érdeklôdésének felkeltésére is.

A fizika hagyományos kutatási területein egy-egy újeredmény, kidolgozott módszer értékét annak hasz-nálhatósága igazolja. A szakmódszertani kutatásokraez hasonlóan igaz. A módszertani kutatási-fejlesztésimunkához szorosan kapcsolódik a kidolgozott anyaggyakorlati kipróbálása, a munka eredményességét akipróbálás és annak méréssel alátámasztott eredmé-nye hitelesíti.

Hazai lehetôségek fizikatanárok számáraa doktori cím megszerzésére

• Az országban mûködô fizika doktori iskolákmegalakulásuk óta nyitottak a fizikatanár végzettségûfiatalok elôtt, ha azok valamely hagyományos fizikaitudományterületen hajlandóak kutatómunkát végezni.Az ELFT adatai szerint 2002–2006 között különbözôegyetemeken sikeresen megvédett fizika PhD-mun-kák száma 170, amibôl 25 jut a tanár végzettségûekre.Sajnos a fokozat megszerzése után a fiatalok jellemzôtöbbsége nem tanári munkát végez, hanem fôhivatásúkutató. Ennek okait csak valószínûsíteni tudjuk. Le-hetnek köztük olyanok, akiket korábban sem érdekelta tanári hivatás, és csak szükségbôl diplomázott ta-nárként, de az is lehet, hogy a doktori munka soránváltozott meg érdeklôdésük. A gyakorlat tehát aztmutatja, hogy ez a képzési forma nem jelent megol-dást a gyakorló fizikatanárok emelt szintû szaktárgyiképzése szempontjából.

• A tanárok – így a fizikatanárok is – hazai egyete-meinken a Pedagógiai Doktori Iskolákban szerezhet-nek fokozatot általános pedagógiai és pszichológiaitémákból, illetve szakmódszertanból. Errôl a korábbi-akban már szóltunk.

336 FIZIKAI SZEMLE 2007 / 9–10

• Elsôként a Debreceni Egyetem Természettudo-mányi Karán mûködô Fizika Doktori Iskola döntöttúgy, hogy lehetôvé teszi gyakorló tanárok számára aszakmódszertani témájú PhD-munkát, ha azt az iskolavalamelyik programja elôzetes mérleglés után befo-gadja. A fizika tanításának szempontjain alapuló spe-ciális doktori kurzuskínálat nincs. (Ebben áll jelenlega különbség a debreceni gyakorlat és az ELTE FizikaiIntézeti Tanácsa által elfogadott és megvalósításraelôterjesztett modell között.) A fizika szakmódszer-tanból Debrecenben szerezhetô PhD követelményeiaz egyetem honlapján megtalálhatók.

Végezetül megemlítjük, hogy például Németország-ban a kiváló tanárok szakmai megkülönböztetésérenem csupán a PhD-címmegszerzése lehetséges, hanemúgynevezett „magister”, mester-tanári cím is. Létezik to-vábbá a tanácsosi, fôtanácsosi, sôt a tiszteletbeli iskola-igazgatói cím is. A közelmúltban hazai elképzelések ismegfogalmazódtak a „mester-tanár” cím meghonosítá-sáról. Anélkül, hogy a kérdésben érdemi állásfoglalásttennénk megjegyezzük, hogy a mester-tanári cím beve-zetése, illetve erkölcsi és anyagi elismertetése, jogimegalapozása országos oktatáspolitikai akarat, és jelen-tôs anyagi ráfordítás kérdése. A jelenlegi helyzetbenennek nem látjuk realitását. Amennyiben a fizika dok-tori iskolák saját hatáskörükben nem fogadják be a fizi-ka tanítását, úgy az ambiciózus, tehetséges tanárokat afizika helyett a pedagógia doktori iskolák felé terelik.

Milyen elônyökkel jár a tanárok számáraa tudományos fokozat megszerzése

A többlettudás megszerzésén túl a PhD-fokozat megszer-zése anyagi elônyökkel és lehetôségekkel is jár. A taná-rok döntô többsége közalkalmazott, így fizetésüket aközalkalmazotti bértábla szerint kapják. Eszerint az egye-temi végzettségû tanárok a „H” fizetési osztályba soro-lódnak, a tudományos minôsítéssel rendelkezôk a „J”osztályba. A két fokozatnyi különbség a havi fizetésbenátlagosan 40000 Ft különbséget jelent. A bér és a kü-lönbség is függ a szolgálati idôtôl: fiatalabb életkorban akülönbség 28000 Ft, idôsebb korosztályban 52000 Ft.

A tudományos fokozattal rendelkezôk más elônyö-ket is élveznek. Külön tanfolyam, illetve vizsga nélkülbetölthetik a tanári szakvizsgákhoz kötött beosztáso-kat (pl. gyakorlóiskolai vezetôtanár, mentortanár,szaktanácsadó stb.), minôsítésük alapján kérhetik fel-vételüket az országos szakértôi, továbbá a vizsgázta-tói névjegyzékbe is.

A doktori képzés és a kötelezôtanártovábbképzés viszonya

Minden pedagógust rendelet kötelezi arra, hogy 7évente, összesítve legalább 120 órás, akkreditált szak-mai továbbképzéseken vegyen részt. Ennek költségei-re az iskolák kapnak fedezetet (az utóbbi években ezis csökkenô). Az új doktori képzés megindulásával

egyidejûleg az ELTE Fizikai Intézete tervezi olyan újtovábbképzô tanfolyamok akkreditálását is, amelyekrészleges átfedésben vannak a PhD-programmal. Ígya doktori képzés kurzusait akkor is „hasznosíthatja” atanár, ha valamilyen ok miatt a doktori cselekményignem jut el. A hasznosítás fordított útja is járható: avonatkozó tanártovábbképzô kurzus elvégzése bizo-nyos idôhatáron belül felvételi elônyt, illetve elfoga-dott krediteket jelenthetne a doktori képzésben.

Együttmûködés a határon túli fizikatanárokkal

A hazai PhD-képzés lehetôséget teremt a környezô or-szágok fizikát magyarul tanító tanárainak is a bekap-csolódásra. Ez, ahol arra mód nyílik, történhet kettôstémavezetésû formában. Az ELTE és a Babes–BolyaiEgyetem között például létezik „Kettôs-vezetésû Dok-tori Egyezmény”. Ez mindkét doktori iskola igényeit fi-gyelembe veszi, a két témavezetô irányításával lehetô-vé tesz áthallgatást, és a választott helyszínen történôvédés után, mindkét országban elfogadott diplomát adki. Az ennek keretében történô részvételre, az elôzetesfelmérés szerint, van igény az erdélyi tanárok részérôl.Néda Zoltán egyetemi tanár, az MTA tiszteletbeli tagja(Babes–Bolyai Egyetem) vállalta, hogy a kolozsvári te-vékenységet összefogja és irányítja.

Az ELTE nyitott az együttmûködésre más határo-kon túli egyetemekkel is, ahol magyar nyelvû fizikatanárképzés folyik.

„A fizika tanítása” PhD-program tartalmaés tervezett gyakorlata

A fizikatanári PhD-képzés deklarált célja

A képzés célja a köz- és a felsôoktatásban tanító fizika-tanárok tudományos igényû képzése, és bevezetése aszakmódszertani kutatómunkába. Olyan, a fizika tudo-mányában széleskörûen tájékozott, a szaktudományt ésa pedagógiai ismereteket alkotó módon társítani képesszaktanárok képzése, akik képesek az igényes tanítás,tehetséggondozás, ismeretterjesztés, a tantervkészítésés szaktárgyi fejlesztés, a szaktanácsadói, illetve a veze-tôtanári feladatok ellátására, továbbá utánpótlást jelen-tenek a szakmódszertan területén a felsôoktatásban.

A tanári doktori képzést speciális fizikakurzus-kínálatsegíti. A kreditkövetelmények hasonlóak az ELTE FizikaDoktori iskola többi programjához. A doktori munkávalszemben követelmény, hogy elsôdlegesen a fizika tudo-mányterületéhez kötôdjék, témavezetôje (külsô témave-zetô esetén intézményi konzulense) a Fizikai Intézetvezetô oktatója legyen. Mint a többi, már futó fizikaprogram esetén, itt is elvárás, hogy a doktori munka anemzetközi összehasonlításban is megállja a helyét.

A program vezetôje: Tél Tamás egyetemi tanár.A program szervezôje: Juhász András docens.A képzés formája: internetes kapcsolattal segített

egyéni képzés (félévente 4–5 konzultációs nappal).

A FIZIKA TANÍTÁSA 337

Tandíj: 76 500 Ft /félév (gyakorló tanárok tandíj-költsége Manhertz Károly szakállamtitkár állásfogla-lása szerint az iskolai továbbképzési keretébôl fizet-hetô, illetve támogatható).

Jogviszony: A képzési idô alatt a doktorandusz hall-gatói jogviszonyban áll az egyetemmel (pl. diákiga-zolvány, utazási kedvezmény illeti meg).

A jelentkezés módja: hasonló a Fizikus DoktoriIskola többi programjára jelentkezô nappali tagozatoshallgatókéhoz, részletes tájékoztatás az ELTE TTKDoktori Iskola honlapján található.

A jelentkezés elbírálásánál elôny t jelent: korábbiTDK-munka, kiemelkedô tanítási gyakorlat, publiká-ciók, fizikaversenyeken eredményes tanítványok,magas szintû nyelvismeret.

Kreditkövetelmémyek: Lényegében azonosak a mármûködô fizika programokéval, azaz összességében180 kredit, amely 6 félév alatt teljesítendô. Mivel atanári munka a fizikán belül a lehetô legszélesebbspektrumon kíván tájékozottságot és áttekintô ismere-teket (a kutató fizikusnál a saját tudományterületének,illetve munkaterületének részletes ismeretén van ahangsúly), javasoljuk, hogy a félévente az elvárt 2kurzus helyett a tanári PhD-programban az elsô 4félévben 3–3 tantárgy, az 5. félévben 2 tárgy szerepel-jen. Így a tantárgyanként szokásosan adható 6 kredi-tet figyelembe véve az úgynevezett képzési kreditekösszesített száma 16×6 = 96 kredit. (A szemeszteren-ként heti 2 órás tantárgyakkal ekvivalens követelmé-nyeknek – a levelezô képzési gyakorlat szerint – töm-bösítve kellene eleget tenni.) A további 84 kredit ajelölt folyamatos szakmai munkájára adható, esetimérlegelés alapján, hasonlóan a fizika szakterülettöbbi programjához. Támogatandó, hogy a doktoran-dusz alkalmi résztvevôként megismerje a fizika vala-mely szakterületén folyó „klasszikus” kutatás módsze-reit, az eredmények publikálási folyamatát. Az ilyendokumentált munkát (publikáció társszerzôje) a tanáridoktori képzésben a programbizottság kreditpontok-kal ismeri el akkor is, ha a publikáció témája nemkapcsolódik a jelölt doktori témájához.

Publikálási követelmények: A szakterületen máralkalmazott gyakorlat szerint az interdiszciplináristerületekrôl a fizika szakterületre befogadott PhD-munkák publikálási kritériumai – éppen a témák in-terdiszciplináris jellege miatt – eltérô lehet a hagyo-mányos „tiszta” fizika kritériumrendszerétôl. A fizikaszakmódszertan területén végzett tudományos munkais ilyen sajátos eltéréseket kíván.

A fizika doktori iskola programjainak kritérium-rendszere a szakmódszertani területen automatikusannem alkalmazható, mivel ezen a szakterületen aligvan jegyzett, impakt-faktorral rendelkezô folyóirat.Általában igaz, hogy a fizika tanítása szakterületen alegtöbb publikáció hazai nyelven íródik. A németekdöntôen német, a franciák francia, az angolok, ameri-kaiak angol nyelvû folyóiratokban publikálnak, elsô-sorban hazai olvasóknak, tanároknak. A szakmód-szertani folyóiratokban a cikkekkel szemben támasz-tott fokozott nyelvi igényesség jellemzô, nem elegen-

dô a korrekt leírás, a megfogalmazás stílusa, a helyinyelvi fordulatokhoz való illeszkedése is követel-mény. Természetesen a világnyelveken megjelenôfolyóiratoknak nemzetközi olvasótábora van, mégisazt mondhatjuk, hogy az igazán nemzetközi fórumoka konferenciák, illetve azok lektorált kiadványkötetei.

PhD-fokozat megadásához szükségespublikálási követelményekLegalább kettô idegen nyelvû publikáció.

• Közülük legalább egy a disszertáció témájáhozkapcsolódó, saját szakmai munkán alapuló szakmód-szertani cikk publikálása referált munkákat közlô,valamelyik világnyelven megjelenô nemzetközi folyó-iratban. (Pl: American Journal of Physics, EuropeanJournal of Physics, Physics Education, Physics Teach-er, Praxis der Naturwissenschaften, Physik und Di-daktik, Fizika v Skole stb. A lista a programbizottságrészérôl folyamatosan bôvítendô, módosítható.)

• Elfogadható a disszertáció témájához kapcsoló-dó, saját szakmai munkán alapuló szakmódszertanicikk publikálása referált nemzetközi konferenciakiad-ványban.

Három magyar nyelvû publikáció.• Saját szakmai munkán alapuló, referált szakmód-

szertani cikk elismert hazai folyóiratban (FizikaiSzemle, A fizika tanítása, Iskolakultúra ).

• Ismeretterjesztô cikk a fizika valamely aktuáliseredményérôl (Fizikai Szemle, Természet Világa, Életés Tudomány, Mûszaki Szemle [Kolozsvár]).

• Elfogadható (egyéni elbírálás alapján, valamelyikmagyar nyelvû publikáció helyett):

– fizika tankönyvek, tankönyvrészletek, jegyzetek,oktatási segédanyagok;

– tanári segédkönyvek, szakdidaktikai segédletek;– elektronikus oktatási szakanyagok;– konferencia-kiadványban megjelent cikk;– ismeretterjesztô mûsorok rádióban, tv-ben.

Doktori szigorlat

Fôtárgy: A fizika tanítása.1. melléktárgy: választandó valamely más fizika

doktori program tárgykínálatából.2. melléktárgy: kérhetô a „Fizika tanítása program”

kurzuslistája alapján, kapcsolódó tantárgyak összevo-násával (a választást a programbizottság hagyja jóvá).

Doktori dolgozat és védés

Megegyezik más fizika doktori programok gyakorlatával.

Doktori oklevél

A Kar és a Fizika Doktori Iskola szabályainak megfe-lelôen a tudományág (fizika) mellett a szakterület ismegadásra kerül a doktori oklevélben, mely jelenesetben: A fizika tanítása.

338 FIZIKAI SZEMLE 2007 / 9–10

Doktori kurzusok (elôzetes)

A nemzetközi gyakorlat szerint a doktori kurzusokmeghatározó részét a fizika és a fizika tanításánaktémái adják kiegészítve néhány, a fizika tanításáraalkalmazott informatikai és pedagógiai tárggyal.

Fizika szakmódszertan

A klasszikus fizika tanítása I., II. (felkért elôadókkal –szervezô Juhász András)

A modern fizika tanítása I., II. (felkért elôadókkal –szervezô Juhász András)

A fizika fogalomrendszerének változásai Newtontól aszuperhúrokig (Nagy Károly )

A nehezen szemléltethetô fizikai fogalmak megközelí-tése (Károlyházi Frigyes )

A számítógépek alkalmazhatósága a fizikaoktatásban(Bérces György )

A matematika és fizika speciális kereszttantervi kér-dései

A tehetséggondozás elméleti és gyakorlati problémái(Rajkovits Zsuzsanna, Gnädig Péter )

A feladatmegoldás módszertana, szerepe a fizika taní-tásában (Gálfi László, Gnädig Péter, Honyek Gyu-la, Tasnádi Tamás )

Fizika az internetenMindennapok fizikája (Juhász András, Tasnádi Pé-

ter )A kísérletezés szerepe az iskolában (Juhász András)Dimenzióanalízis (Rácz Zoltán)Héjfizika (Gálfi László)

Fizikatörténet

A fizika története (Nagy Károly)A fizika magyarországi története (Radnai Gyula )A fizika szemléletformáló nagy kísérletei (Juhász And-

rás)

Válogatás a fizika doktori kurzusaiból,a szakterület aktuális és speciális kínálatából,illetve pedagógiai doktori kurzusok közülKörnyezeti áramlások fizikája (Jánosi Imre )Fraktálnövekedés (Czirók András )Kommunikáció a fizikában (Patkós András )Környezetfizika (Kiss Ádám )Kaotikus mechanika I., II. (Tél Tamás, Gruiz Márton )

Kitekintés a fizika speciális területeire, illetvea fizika megjelenésére a természettudományokbanFizika a biológiában (Derényi Imre, Horváth Gábor )A természetvédelem ökológiai alapja (Scheuring Ist-

ván )Fizika a kémiában (Riedl Miklós )Fizika a környezettudományban (Kiss Ádám)Érdekes anyagok – anyagi érdekességek (Juhász And-

rás, Tasnádi Péter)

A csillagászat és az ûrkutatás speciális problémái(Forgácsné Dajka Emese)

A relativitáselmélet alapjai (Hraskó Péter)Kooperatív jelenségek, interdiszciplináris vonások

(Néda Zoltán)A modern részecskefizikai világkép (Horváth Ákos)Tudomány és áltudomány (Hraskó Péter)

Alkalmazott pedagógia

A multimédia általános szerepe és lehetôsége az okta-tásban, a multimédia alkalmazása a fizika tanításá-nak támogatására (Kárpáti Andrea )

A távoktatás alkalmazása a fizika és a természettudo-mányok vonatkozásában (Kárpáti Andrea)

A természettudományok tanítása hagyományos és re-formpedagógiai módszerekkel

A tanulók készség- és tudásszintjének mérése (CsapóBenô )

2007–2008 ôszi félévben indított kurzusok

• A klasszikus fizika tanítása I. (szervezô: Juhász And-rás)

• A fizika fogalomrendszerének változásai Newtontóla szuperhúrokig (Nagy Károly)

• A relativitáselmélet alapjai (Hraskó Péter)• Környezeti áramlások fizikája (Jánosi Imre)

Az elôadások nyilvánosak, minden érdeklôdô ta-nárkollégát szívesen látunk! Az elôadások idôpontja:minden hónap második szombatja délelôtt 9 órától.További információ: juhy@ludens.elte.hu

2007–08 tanévben megkezdettPhD-munkák témái

1. Környezetfizika a középiskolában (témavezetô:Horváth Ákos)

2. A modern fizika eredményei egyszerûen (NédaZoltán, Tél Tamás)

3. Fizikatanítás a természetben (Juhász András)4. Környezeti áramlások (Horváth Viktor )5. Légkörfizikai jelenségek a fizika tanításában (Tas-

nádi Péter)

További információk

Az ELTE Fizika Doktori Iskola felvételi rendje és álta-lános követelményei, valamint a szükséges admi-nisztráció http://teo.elte.hu/phd/news.php honlaponmegtalálható.

A „Fizika tanítása” programról részletesebb infor-mációk, témaajánlatok találhatók az ELTE Fizikai Inté-zet honlapján is. (Minden további kérdésre, amelyetaz érdeklôdôk a tel@general.elte.hu (Tél Tamás), és ajuhy@ludens.elte.hu (Juhász András) címre elkülde-nek, személyes választ adunk.

A FIZIKA TANÍTÁSA 339

Úgy gondoljuk, hogy a fizikatanítás problémáinak ésa fizika társadalmi kommunikációs nehézségeinek meg-oldása szempontjából elôremutató lépés a tanárképzésszaktudományi megerôsítése és a tanárok ezirányú mo-tiválása. Fontos lenne, hogy az ELTE-hez hasonlómódon más Fizikus Doktori Iskolák is befogadják a„fizika tanítását”, a speciálisan tanároknak szóló doktorikurzuskínálattal, önálló programként. A különféle dok-tori iskolák a munka összehangolásával, tapasztalatcse-rével segíthetnék a közös célok elérését. Természetesenmegértjük, ha a program beindítása például létszámokvagy oktatói kapacitás hiánya miatt nem lehetséges, deez esetben is számítanánk a testvérintézmények elviegyüttmûködésére, támogatására. Örömmel vennénkpéldául, ha más egyetemekrôl is lennének olyan lelkeskollégák, akik témavezetôként vagy tanári doktori kur-zus felajánlásával tevôlegesen is részt vállalnának azELTE-n beinduló programban, és természetesen mi isszívesen vállalnánk máshol hasonló feladatot.

Az ELTE Fizika Doktori Iskola „Fizika tanítása”programjának szervezôi nevében:

Juhász András

Az Eötvös Loránd Fizikai Társulat Elnöksége a JuhászAndrás cikkében leírt doktori program megszületését máraz elokészületek fázisában teljes súlyával támogatta. Ezév tavaszi ülésének jegyzokönyve ezt dokumentumszeru-en is kifejezi:

„Az ELFT Elnöksége, az ügy kiemelkedo társadalmi je-lentoségét felismerve, 2007. március 21-i ülésén támogatta,hogy gyakorló tanárok nemzetközi színvonalú és a nemzet-közi tudományos kritériumoknak megfelelo formában bemu-tatott fizikaoktatást fejleszto kutatásaik és gyakorlati eredmé-nyességu alkotásaik alapján, rendszeres doktori tanulmá-nyok egyideju sikeres elvégzését követoen »Fizika PhD«tudományos fokozatot szerezhessenek. Az Elnökség azOktatási és Kulturális Minisztériumhoz fordul, hogy a levele-zo doktori tanulmányaikat sikeresen folytató tanárok erre acélra is igénybe vehessék a törvény által biztosított tanárto-vábbképzési támogatást.”

Köszönet és elismerés illeti az OKM-et, amely, az ügyfontosságát felismerve, az önálló program elindítását kor-mányzati szintu támogatásával lehetové tette.

ROCARD-JELENTÉS – ELSÔKÉZBÔL

Az írás eredetileg az MTA honlapján jelent meg: http://www.mta.hu/index.php?id=634&no_cache=1&backPid=645&swords=csermely&tt_news=4986&cHash=13c4af9187

Szilágyi Zsuzsa interjúja Csermely Péterrel, a természettudományos oktatásmegújításával foglalkozó EU-s szakértôi csoport magyar tagjával

Janez Potocnik, tudományért és kutatásért felelôs EU-biztos és Ján Figel oktatást, képzést, kultúrát és ifjúsá-gi kérdéseket felügyelô EU-biztos a nyáron kaptákkézhez egy szakértôi csoport munkáját, mely a termé-szettudományos közoktatás módszertanának radikálismegújítását javasolja. A jelentést kidolgozó öt fôsszakértôi testület tagja volt Csermely Péter Descartes-díjas professzor, az MTA doktora is. A bizottság tevé-kenységérôl, a jelentésben megfogalmazott feladatok-ról és a hazai tennivalókról Csermely Pétert kérdez-tük.

– A nyáron tette közzé összefoglaló jelentését az azuniós szakértôi bizottság, amely az EU kutatási ésoktatási biztosai számára készített ajánlást a termé-szettudományos oktatás megújításáról. Mi volt aszakértôi testület feladata és kik vettek részt a mun-kában?

– Az EU szinte minden tagállamában évek óta fo-lyamatosan csökken a felsôoktatás természettudomá-nyos és mérnöki szakjaira jelentkezôk száma. A vég-zett hallgatók között aggasztóan alacsony a nôk szám-aránya. Minden EU-s közvélemény-kutatási adat arrautal, hogy az EU polgárai kiemelten fontosnak érzik a

természettudományos és mérnöki tárgyak oktatását azEU jövôje szempontjából, de 85%-ban elhibázottnaktartják a jelenlegi oktatási gyakorlat számos elemét.Ha ezeket a folyamatokat nem sikerül megfordítani,az EU nemcsak az USA-hoz és Japánhoz képest maradle a magas szintû szaktudást igénylô ágak fejlesztésé-ben, hanem a végzôs hallgatók létszáma a kínai ésindiai munkaerô-kínálattal sem fogja tudni felvenni aversenyt – még az EU saját tagállamaiban sem. A leg-újabb jel, hogy az elmúlt években a vezetô iparicégek sora jelezte mélységes aggodalmát az EU-tagor-szágok természettudományos oktatásának állapotamiatt, és felajánlották segítségüket a jobbításban. Aszakértôi testületet az EU tudományos és oktatási biz-tosai azzal a feladattal bízták meg, hogy keressen le-hetséges válaszokat e sürgetô kérdések megoldására.A testület vezetésére Michel Rocard volt francia mi-niszterelnököt, európai parlamenti képviselôt kértékfel, tagjai pedig Doris Jorde norvég oktatási szakértô,Dieter Lenzen, a berlini egyetem rektora, HarrietWallberg-Henriksson, a Karolinska Institut elnök-asszonya és jómagam voltunk.

– Miben látják a természettudományos és mûszakipályák iránti érdeklôdés csökkenésének okait?

– A legfontosabb okokat a bizottság számos EU-program és EU-tagállam oktatási minisztériumávalvaló konzultáció után a következôkben látta:

340 FIZIKAI SZEMLE 2007 / 9–10

• A természettudományok oktatása nem kellôkép-

A Rocard-jelentés címlapja. A dokumentum angol nyelven elérhetôa http://ec.europa.eu/research/science-society/document_library/pdf_06/report-rocard-on-science-education_en.pdf webhelyen.

pen szolgálja és tartja fenn a természet iránti kisgyer-mekkori kíváncsiságot.

• Az általános iskolai tanárok jelentôs része nemérzi kellôen kompetensnek magát a természettudo-mányos tárgyak diszciplína-jellegû oktatásában, ezérthúzódozik bármilyen, a szokásostól eltérô (nem fron-tális) oktatási forma alkalmazásától.

• Túlteng a memoriter megközelítés, a moderntársadalom változó és komplex problémáinak megol-dására felkészítô problémamegoldó és szemléletadó(tudáshálózat-építô, tanulni megtanító) megközelítéssokszor elô sem kerül.

• Hiányzik a team-munka.• Igen sok helyen hiányzik a kísérletes megköze-

lítés, nem terjedtek el ennek modern és olcsó megol-dásai.

• Az oktatás megújítására rendkívül sok kiválókezdeményezés született és a természettudományostárgyak oktatásában kiváló tanáregyéniségek dolgoz-nak – sajnos nagyon sok esetben ezek az elképzelé-sek elszigeteltek maradtak, és a kiváló gyakorlatimegvalósítás formái még a tagállamokon belül semterjednek el, EU-szinten történô integrációjuk szinteteljesen hiányzik.

• Az oktatási folyamat sok esetben iskolába zárt,nem vesznek benne részt a kutatóintézetek, az egye-

temek, a K+F fejlesztô cégek, a tudományos múzeu-mok és a társadalom más érintett tagjai, csoportjai,szakmai és civil szervezetei.

• A természettudományos oktatás során nincsenekkidolgozva a speciális nôi szemléletet és igényeketfigyelembe vevô pedagógiai módszerek és megköze-lítési formák, valamint nem esik elegendô szó a tudo-mányban és az innovációban jelen lévô sikeres nôipéldaképekrôl.

– Magyarországon nagy hagyományai vannak amatematikai és természettudományos képzésnek, anagynevû alma materekben megalapozott tudás je-lentôségét számos tudósunk tartja fontosnak megem-líteni interjúkban, visszaemlékezésekben is. Mi tehátvalójában a probléma? Mi változott meg a természet-tudományos közoktatásban?

– Több helyen hoztak az elmúlt évtizedek válto-zást.

• Az elsô az ismeretek elképesztô mértékû ésiramú bôvülése. Igen sok esetben a napi életbenazok a tudományos ismeretek és alkalmazásaik ke-rülnek elô, amelyek a legújabb tudományos eredmé-nyekkel kapcsolatosak. Ezek sokszor csak közvetet-ten illeszkednek a hagyományos tananyagban sze-replô ismeretekhez. Így a napi gyakorlat, igények ésaz oktatott anyag egymástól sok esetben egyre job-ban elszakadnak.

• Bekerült az életünkbe az internet, amely a tanu-lók egyre szélesebb köreinek szinte minden tudomá-nyos kérdésben bôséges információforrást ad. Egyrekevésbé az információk fellelése okoz problémát,sokkal inkább értékelésük és érvényességük (validá-lásuk) megítélése a kulcskérdés. Ez is a tudáshálózat,a szemléletadás és a problémamegoldó gondolkodása memoriter „kárára” történô bôvítésének szükséges-ségét húzza alá.

• Az élet egyre elképesztôbben új és egyre bonyo-lultabb problémákat vet fel, amelyek megoldásához akorábbi tanulmányok során be nem dresszírozható, újmódszerek és megoldások kellenek.

• A társadalmi kapcsolatok bôvülése és a tudás-morzsák fragmentálódása (a specializáció) egyre job-ban igényli a team-munkát.

• A média térhódítása (vizuális kultúra, interaktívmódszerek stb.) egyre „unalmasabbá” és nem „pörgô-vé” teszik a hagyományos tanári módszereket.

• Tanáraink jelentôs része az oktatási rendszerminden változása és a társadalmi környezet mindenkedvezôtlen hatása (az iskolára hárított pl. családifeladatok elburjánzása, tekintélyvesztés, fizetésekstb.) ellenére (hála Istennek) „kitart”, és emberfelettierôvel hihetetlen teljesítményt nyújt EU-szinten mér-ve is. Ugyanakkor a tanári gárda fokozatosan diffe-renciálódik, tanáraink egy része elfásul, kiég, igény-telenné és feladatának színvonalas ellátására alkal-matlanná válik.

– Milyen javaslatokat tett a szakértôi bizottság?Hogyan, milyen módszerekkel növelhetô a természet-tudományok iránti érdeklôdés? Milyen tanári attitû-döt tartanak helyesnek?

A FIZIKA TANÍTÁSA 341

– A szakértôi bizottság a következô lépéseket látja

Csermely Péter

alapvetôen fontosnak:• A természettudományos tárgyak (ideértve a ma-

tematikát is) oktatásának színvonala Európa egészjövôjének egyik kulcsfontosságú kérdése.

• A jelenlegi helyzet javításának kulcsfontosságúhelye az iskola és kulcspontja a tanáregyéniség. Apedagógiai módszerek megújítása szükséges, enneksorán a kérdéseken és problémamegoldáson alapulópárbeszédes tanítási formának, valamint a tagállamok-ban kifejlesztett és bevált pedagógiai újításoknak azeddigiekhez képest nagyobb hangsúlyt kell kapniuk.Ennek érdekében mind a tagállamok szintjén, mindpedig EU-szinten elô kell segíteni a természettudomá-nyos tárgyakat oktató tanárok rendszeres kommuni-kációjának és hálózatainak kialakítását.

• A lányok részvételének növelésére, érdeklôdésé-nek fenntartására mind új pedagógiai módszerek,mind pedig sikeres nôi tudós és K+F fejlesztô példa-képek rendszeres ismertetése szükséges.

• A természettudományos tárgyak oktatásánakmegújításába a helyi közösség minden érintett tagját(tanárok, diákok, szülôk, tudósok, mérnökök és szer-vezeteik, pl. iskolák, tanár és szülôi szervezetek,egyetemek, tudományos intézetek, tudományos mú-zeumok, cégek és a fenntartók) be kell vonni. E folya-matban az iskolán belüli és kívüli oktatási módszere-ket ötvözni kell.

• A természettudományos tárgyak oktatásában máreddig is bevált és több EU-tagállamban sikeres példá-kat (mint pl. a Pollen vagy a Sinus-Transfer projektet) elkell terjeszteni az EU egészében, erre körülbelül 60 mil-lió eurót az EU Bizottságnak biztosítania kell.

• A folyamat állandó figyelemmel kísérésére atermészettudományos tárgyak oktatásával foglalkozóeurópai tanácsadó testületet (European Science Edu-cation Advisory Board) kell felállítani. E testületnekkiemelten kell foglalkoznia a tudomány iránt érdeklô-dô diákok hálózatainak segítésével, valamint az újmódszerek monitorozásával és a sikeres módszerekelterjesztésével.

– Ismert, hogy a tehetséggondozást, az elitképzéstfontos, támogatandó területnek tartja. Felvetôdiktehát a kérdés: milyen mértékben lehet vagy kell aközoktatásban differenciáltan tanítani, és mifélelehetôségekre van szükségük a kiemelkedôen tehetsé-ges diákoknak?

– Igen, a hazai és határon túli magyar civil tehet-séggondozó szervezeteket tömörítô Nemzeti Tehet-ségsegítô Tanács (www.tehetsegpont.hu) elnökekéntis igen fontosnak tartom a tehetségek kibontakoztatá-sát mind az oktatási folyamatban, mind azon kívül.Jómagam több mint tíz évvel ezelôtt indítottam el akutató diák mozgalmat (www.kutdiak.hu), amelyközépiskolás diákok ezreinek adott már eddig is ér-tékteremtô élményt a legmagasabb szintû kutatáso-kon belül. A tehetségfogalom igen sokat gazdagodottaz elmúlt évtizedekben. Ma már egyre jobban felis-merjük, hogy mindenki tehetséges, a nagy kérdéstehát annak felfedezése, hogy az adott diák éppen

miben az. Ez az iskolától a pedagógiai módszerek éshelyzetek sokkalta nagyobb diverzitását, sokszínûsé-gét követeli meg, hogy a legváltozatosabb tehetség-forma is megnyilvánulhasson. A sokszínûség tisztele-tét biztosítani kell. Egyetemi professzorként mondomés vallom, hogy a kiválóan gördeszkázó diákot épp-úgy megilleti a tisztelet, mint az OKTV-n elsô helye-zettet. Az önbecsülés felkeltése bármely területenkiválóan szolgálja a többi területen esetleg megmutat-kozó lemaradások megoldását is. Azaz a differenciá-lást nem mereven, hanem rendkívül sok dimenziómentén és folyamatosan változó módon kell megolda-ni. Olyan rendszert kell kidolgozni, amely a diákoktényleges teljesítményén és motivációján alapul, ésegy piramisszerû elrendezésben egyre többet és töb-bet teljesítô diákokat szakmailag indokolható, átlátha-tó és ellenôrizhetô módon egyre több lehetôséghezjuttatja.

– Az oktatás megújítása csak akkor lehetséges, haa pedagógusok képesek újszerûen, új módszertaniismeretek birtokában, esetenként újrafogalmazotttanterv szerint tanítani. A curriculum fejlesztése és atanárképzés terén milyen feladatokat lát?

– A változások indukálásának valóban a tanárkép-zés megújítása az egyik legfontosabb terepe. Foko-zott hangsúlyt kell fordítani az alábbi elemek szere-peltetésére:

• A nem frontális jellegû oktatási formák haszná-latának és kitalálásának (fejlesztésének) begyakorol-tatása.

• Problémamegoldó és szemléletadó (tudáshálózat-építô, tanulni megtanító) megközelítések, az internetenelérhetô információk validálásának megtanítása.

• Az epochális oktatási formák, a team-munkabegyakoroltatása.

• A kísérletes megközelítések modern és olcsóformáinak megismerése.

• A tanárjelöltek kapcsolatteremtô, együttmûködô,hálózatképzô készségeinek fejlesztése.

• A speciális nôi szemléletet és igényeket figye-lembe vevô pedagógiai módszerek és megközelítésiformák, a tudományban és az innovációban meglévôsikeres nôi példaképek megismertetése.

342 FIZIKAI SZEMLE 2007 / 9–10

• A tanárjelöltek tanítási gyakorlatának a gyakorló-iskoláktól különbözô helyzetekben (hátrányos hely-zetû diákok stb.) is történô megszervezése.A fenti elveknek és szempontoknak nemcsak a

tanárképzés, hanem a tanár-továbbképzés területén isaz eddigieknél jobban meg kell jelennie.Álmom egy olyan iskola, ahol a reguláris oktatást

idôrôl idôre megszakítják a véletlenszerû elemek.Olykor a még véletlenszerûbb elemek, és ritkábban aszinte már elképzelhetetlen elemek. Én azt tartom ki-váló iskolának, ahol kihasználják az epochális okta-tást, amivel egyébként a magyar közoktatás már rég-óta rendelkezik. Az iskola és a tanítási folyamat isfölfogható eseményláncolatként. Ha az eseménylán-colat jól mûködik, akkor a végeredmény nem egy re-guláris folyamat, tehát amikor mindig ugyanaz ismét-lôdik, hanem olyan, ahol a véletlennek igenis szere-pe van, méghozzá gyakori módon, hetente vagy akárnaponta is. Egy okos iskola, ha ezt jól csinálja, akkorezt akár tervezheti is. Bátorítja, és nem kirúgással fe-nyegeti azt a pedagógust, aki elviszi diákjait a park-

ba, és ott tart órát nekik Csokonai mintájára. Ezt adiák is örömként éli meg, és az ott hallott dolog talánörökre megmarad, mivel más környezetben hallotta,mint amit megszokott. A diákokkal abbahagyatjákidônként a napi rutint, egyszer, kétszer, háromszor atanév során, és lehetôséget adnak nekik, hogy vá-lasszanak valami rendkívül érdekes tevékenységet,amelyre lehet, hogy nem lesz szükségük késôbb, demegtanulják a csapatmunkát. Megtapasztalhatják,hogy a tanárokkal együtt lehet dolgozni huzamosabbideig egy bizonyos cél érdekében, intergenerációskapcsolatokat kiépíteni a munka, az együttdolgozássorán, ami szinte elképzelhetetlen egy olyan teljesenkiegyensúlyozatlan szituációban, amelyben a tanárfeleltet, a diák meg retteg. Az élet nem tudástartal-mak felhalmozásáról szól, hanem projektekrôl. Ottegy ilyenfajta szemléletet kell tudni elsajátítani: kitû-zök egy távlati célt, ehhez milyen konkrét mûveletso-rokat kell nekem vagy a kollégáimmal együtt nekünkkitalálni, és ma mit kell ahhoz tennem, hogy ezt meg-csináljam.

PÁLYÁZATOK

PÁLYÁZAT KÍSÉRLETI FIZIKÁBÓLA Szegedi Tudományegyetem TTK Kísérleti FizikaiTanszéke az ELFT Csongrád megyei Csoportja támo-gatásával 2008 tavaszán rendezi meg ATOMFIZIKAtárgykörben kísérleti versenyét Szegeden. Középisko-lás tanulók pályázhatnak (1 vagy 2 fô) olyan dolgo-zattal, amelyben leírják a bemutatandó kísérlet elvég-zésének menetét, az alkalmazott módszereket, bemu-tatják az eredményeket. A maximum terjedelem 10 ol-dal (ábrákkal és referenciákkal együtt). A beküldési

határidô 2008. január 18. (SZTE KFTSZ, 6720 Szeged,Dóm tér 9., Szatmári Sándor egyetemi tanár címére).A legjobb pályamunkák készítôi meghívást kapnak amárciusban rendezendô „éles” bemutatóra (SZTE Kí-sérleti Fizikai Tanszék), s a nyertesek pénz- és könyv-jutalmat kapnak (felkészítô tanárokkal egyetemben).Érdeklôdni Nánai László egyetemi tanár címén le-

het: e-mail: nanai@physx.u-szeged.hu, tel.: 62/544-359, 06-30-2492675

Ötven évvel az ûrkorszak kezdete után egyre világosabbá válik, hogyaz emberiség jövôje elválaszthatatlan a világûrtôl – ezért fontos feladatmár ma is egyrészt a kozmikus környezetünkbôl származó veszélyek,

másrészt az ûrhajózás távlati lehetôségeinek áttekintése. Jövônk és a kozmoszviszonyának egész sor alapvetô kérdése merülhet fel.

A kérdésekre ezúttal egy ûrkutató, illetve egy jövôkutató keres válaszokat –együtt, ám néha eltérôen. Ma még messze nincs válasz mindegyikre. Ez

azonban nem akadályozhatja meg, hogy megpróbáljuk objektíven és reálisanáttekinteni és megvitatni azokat a problémákat, amelyekkel az emberiségnek

a nem túl távoli jövôben várhatólag szembe kell néznie.A Typotex Kiadó szeretettel meghívja Önt elôadás-sorozatának következo

állomására, melyet december 12-én, szerdán 17.30-korAlmár Iván és Galántai Zoltán tart

Ha jövô, akkor világûr címû könyvük 4. fejezetérôl,A távolabbi jövô perspektívái címmel.

Helyszín: Olvasók boltja, 1052 Budapest, Pesti Barnabás u. 4.

PÁLYÁZATOK 343

Szerkesztoség: 1027 Budapest, II. Fo utca 68. Eötvös Loránd Fizikai Társulat. Telefon/ fax: (1) 201-8682A Társulat Internet honlapja http://www.elft.hu, e-postacíme: mail.elft@mtesz.hu

Kiadja az Eötvös Loránd Fizikai Társulat, felelos: Németh Judit foszerkeszto.Kéziratokat nem orzünk meg és nem küldünk vissza. A szerzoknek tiszteletpéldányt küldünk.

Nyomdai elokészítés: Kármán Tamás, nyomdai munkálatok: OOK-PRESS Kft., felelos vezeto: Szathmáry Attila ügyvezeto igazgató.Terjeszti az Eötvös Loránd Fizikai Társulat, elofizetheto a Társulatnál vagy postautalványon a 10200830-32310274-00000000 számú egyszámlán.

Megjelenik havonta, egyes szám ára: 750.- Ft + postaköltség.

HU ISSN 0015–3257

HÍREK – ESEMÉNYEK

AZ AKADÉMIAI ÉLET HÍREIBefektetés a tudásba, befektetés a jövôbeA Magyar Tudományos Akadémia az Európai Unióval,az UNESCO-val (az ENSZ Oktatási, Tudományos, Kul-turális Szervezetével) és az ICSU-val (a TudományNemzetközi Tanácsával), azaz a világ nem kormány-zati tudományos szervezeteinek szövetségével együtt-mûködve 2007. november 8–10. között harmadik al-kalommal szervezi meg a Tudomány Világfórumát(World Science Forum – WSF).

A Fórum idôpontjának kiválasztása alkalmazkodikaz UNESCO-hoz, hiszen november 10-ét az UNESCOa Tudomány Világnapjául választotta. A Fórum Parla-mentben tartandó utolsó ülése egybeesik a TudományVilágnapjával. Ily módon idôben is egybeolvad Buda-pesten a magyar és nemzetközi megemlékezés a tu-dományról, annak jelentôségérôl, és hangsúlyozza aztaz általános meggyôzôdést, hogy aki a tudásba fektetbe, az a jövôt építi.

A Harmadik Világfórum elôzményei 1999-re vezet-hetôk vissza, amikor az UNESCO és az ICSU Budapes-ten szervezte a Tudomány Világkonferenciáját (WCS).Akkor 134 ország, illetve nemzetközi szervezet képvi-selôi mondták el véleményüket a 21. század aktuálistudománypolitikai kérdéseirôl. A világ csaknem ezertudósa 25 szekcióban vitatta meg a tudomány és a tár-sadalom kapcsolatát.

Már a Világkonferencián felvetôdött, hogy továbbirendezvényekkel kellene folytatni a nagyon sikerestanácskozást, mindig az aktuális kérdések megvitatá-sával. Ezért született meg a javaslat, hogy Magyaror-szág rendezzen kétévente World Science Forumot, aTudomány Világfórumát. A javaslatot felkarolták azegymást követô magyar államfôk és kormányok, ésmegadták a szükséges erkölcsi és anyagi támogatást.

Az elsô ilyen rendezvényt 2003. november 10–12.között, a másodikat 2005. november 10–12. között tar-tották Budapesten. Mindkét esetben, ahogyan a harma-dik Világfórum esetében is, együttmûködô partnerek azUNESCO, az ICSU és az Európai Unió voltak. Az elsôFórumon háromszáz neves külföldi és mintegy százmagyar tudós vett részt. Az elsô Világfórum a tudásala-pú társadalom kérdéseivel foglakozott, és megalapoztaa további fórumok rendszeres, kétévenkénti megtartá-sának lehetôségét, a tudás, a tudomány és a társadalomaktuális kérdéseinek széles körû megvitatását.

A második Világfórum a tudás, az etika, a felelôs-ség kérdéseivel foglalkozott. Ezen a rendezvényenmár több mint 400 külföldi vendég, közöttük Nobel-díjasok, számos akadémiai elnök és nemzetközilegismert tudós vett részt.

A harmadik Világfórum követi a hagyományokat,azt hangsúlyozza, hogy a tudomány és a tudás jóvaltöbb, mint az emberi kíváncsiságtól, a világ megisme-résének vágyától vezérelt ismeretgyûjtés: napjainkra atermészet és az emberi társadalom fejlôdésének leg-fontosabb eszközévé vált. Jövôjük csak azoknak azországoknak van, amelyek ezt felismerve befektetneka tudományba.

A látványos fejlôdés mellett elôre nem látott gon-dok, nem várt fejlemények és új kérdések is adódnak.Ilyen probléma a globális klímaváltozás és az ezzelszorosan összefüggô energiatermelés. A problémákcsak akkor oldhatók meg, ha a tudás elôállítói és fel-használói meg tudnak egyezni a tudás és a tudományúj szerepérôl a globalizált világban.

A harmadik Világfórum védnöke Sólyom László, aMagyar Köztársaság elnöke lesz, aki nemcsak meg-nyitja a fórumot, de megszervezte a környezet irántelkötelezett kormányfôk tanácskozását is. Ugyancsaka védnökök között szerepel Jose Manuel Durao Bar-roso, az Európai Bizottság elnöke, Koichiro Matsuu-ra, az UNESCO fôigazgatója és Goverdhan Mehta, azICSU elnöke.

A rendezvény új vonása, hogy 10 tagú nemzetköziirányító testület alakult Vizi E. Szilveszter, az MTAelnöke vezetésével, amely a harmadik és a továbbifórumok felügyeletét látja el, tanácsokat adva a téma-választásban és a lebonyolításban.

A harmadik Világfórum munkáját, a plenáris ülése-ken kívül öt szekcióban fogja végezni. Ezek a követ-kezôk:

Befektetés a tudásba a környezet érdekébenA tudomány, a technológia és az innováció sze-

repe a millenniumi fejlesztési célok elérésébenTudomány és innováció mint globális vállal-

kozásBefektetés a jövô nemzedékekbeBefektetés a tudásba a gyorsuló gazdaságokban

www.mta.hu

344 FIZIKAI SZEMLE 2007 / 9–10

A TÁRSULATI ÉLET HÍREIFelhívás fizikatanároknakA fizikatanárokat érintô információk áramlásának elô-segítésére az Eötvös Loránd Fizikai Társulat elnöksé-ge és tanári szakcsoportjai személyes kapcsolatfelvé-telt kezdeményeznek a fizikát tanító kollégákkal.

Kérjük, rövid bemutatkozással (név + e-mailcím +helység + iskola) a tapodyeva@gmail.com e-mailcí-men keressék meg Moróné Tapody Éva fôtitkárhelyet-

test, aki a jelentkezéseket koordinálja. A további in-formációkat e-mailben küldjük majd.Moróné Tapody Éva, az ELFT fôtitkárhelyetteseKiss Gyula, az ELFT Általános Iskolai Szakcsoport

elnökePákó Gyula, az ELFT Középiskolai Szakcsoport

elnöke

HÍREK A NAGYVILÁGBÓLNemzetközi konzorcium távcsôépítésreÖt nagy amerikai és európai intézet konzorciumotalapított egy 25 méter antennaátmérôjû szubmillimé-teres teleszkóp megépítésére Chilében, az Atacamasivatagban az 5600 méteres Cerro Chajnantor csúcson.A nagy magasság és a száraz sivatagi éghajlat fontosfeltétele a kutatásnak a szubmilliméteres tartomány-ban, mivel a levegô nedvességtartalma nehezíti a mé-réseket. A tervek szerint 2013-ban elkészülô 100 mil-lió dolláros berendezés a maga nemében az elsô lesza világon. A projektet korábban Cornell Caltech Ata-cama Teleszkópnak (CCAT) nevezték, és 2004-benkezdôdött el a koncepció kidolgozása. A CornellEgyetem és a Caltech kétmillió dollárt költött elôzetestanulmányokra. A terv megvalósítására a CaliforniaInstitute of Technology (Caltech), a hozzá tartozó JetPropulsion Laboratory (JPL), a Cornell Egyetem, aColorado Egyetem, Boulder, a kanadai Brit KolumbiaEgyetem, valamint a brit Astronomy Technology Cent-re konzorciumot hozott létre.

A teleszkóp a legmodernebb technológiát fogja al-kalmazni, amely lehetôvé teszi, hogy olyan csillagászatijelenségeket is tanulmányozzanak, amelyek más hul-lámhossztartományban nem vizsgálhatók. A szubmilli-méteres technika különösen alkalmas olyan objektu-mok leképezésére, amelyek nem sugároznak a láthatófény tartományában. így az Atacama-teleszkóp segítsé-gével megfigyelhetô lesz csillagok és bolygók kialaku-lása gáz- és porfelhôkbôl, valamint megállapítható lesza molekuláris ködök összetétele, amelyekbôl a csilla-gok állnak. Természetesen, a 25 méteres teleszkóppal aVilágegyetem nagyléptékû szerkezete is tanulmányoz-ható lesz. A tervezett 100 millió dolláros költségbôl 20milliót a legmodernebb mûszerek beszerzésére fordíta-nak, így például a 25 méteres tányérantennát nagymé-retû szubmilliméteres kamerák is kiegészítik, ezáltal aberendezés mérete kétszerese lesz a jelenleg mûködôlegnagyobb szubmilliméteres teleszkópénak.

http://www.spacedaily.com

Amerika világrekorddal szerezte vissza vezetô szerepétAz Oak Ridge Nemzeti Laboratóriumban (ORNL) mûkö-dô, 1,4 milliárd dolláros nagyberendezés, a SpallationNeutron Source (SNS) új világrekordot állított be, ésezzel a világ legnagyobb teljesítményû neutronforrásalett. A korábbi rekordot az Egyesült Királyság SIS el-nevezésû neutronforrása tartotta, amely 183 kilowatt tel-jesítmény mellett 160 kilowatt nyalábteljesítményt ért el.Az SNS berendezés teljesítménye 1,4 megawatt, és közelegy nagyságrenddel több neutront szolgáltat, mint avilág eddigi legnagyobb pulzált neutronforrása. Az új re-kordot az Oak Ridge Nemzeti Laboratórium igazgatója,Thom Masonhoz csatlakozva Tennessee állam háromvezetô politikusa, Lamar Alexander szenátor, valamintBart Gordon és Zach Wamp képviselô jelentette be.Mason szerint az ORNL „minden eddiginél hatékonyabbeszközt ad a tudósok kezébe, hogy megértsék a mole-

kulák szerkezetét, valamint a modern anyagok tulajdon-ságait meghatározó viselkedést. Ha megtanuljuk, ho-gyan kell erôsebb, könnyebb és olcsóbb anyagokatelôállítani, segíthetjük az amerikai ipart, hogy új termé-kek korlátlan változatosságát állítsák elô.”

A neutronszórás tanulmányozása egyike azoknak aterületeknek, ahol az USA elvesztette vezetô szerepét.A neutronszórás kísérleti vizsgálatát a Manhattan-pro-jekt keretében Oak Ridge-ben kezdték el. A követke-zô évtizedekben aztán egyre nagyobb teljesítményûneutronforrásokat építettek Európában és Ázsiában,egyre inkább arra kényszerítve az amerikai kutatókat,hogy kísérleteik elvégzéséhez külföldre menjenek. AzSNS vissza fogja állítani az Egyesült Államok vezetôszerepét a neutronszórási kísérletek területén.

www.ornl.gov

B3

Új mûszer veszélyes vegyi anyagok titkos észlelésére

Fizikai SzemleMAGYAR FIZIKAI FOLYÓIRAT

megjelenését anyagilag támogatják:Nemzeti Kulturális Alap Nemzeti Civil Alapprogram•

MA

GY

AR

•T

UD

OMÁNYO

S•

AK

AD

ÉM

IA•

1825A FIZIKA BARÁTAIEGYETEME

MINDENTUDÁS

Az Argonne Nemzeti Laboratórium kutatói új mûszertfejlesztettek ki, amely titokban, nagy távolságról ké-pes észlelni vegyi anyagok gôzeit, és nagy segítségetjelent a kémiai vagy nukleáris eszközöket használóterrorcselekmények leleplezésében. Ezt a technoló-giát sok más feladatra is eredményesen lehet használ-ni, mint például környezetszennyezés detektálásáravagy égési sebesülések vizsgálatára fizikai kontaktusnélkül.

A passzív milliméteres hullámhosszú spektroszkópia(PmmWS), amelyet az Argonne kutatói, Sami Gopalsa-mi, Sasan Bakhtiari, Paul Raptis és Thomas Elmerfejlesztettek ki, több kilométeres távolságból is képes

észlelni és azonosítani kémiai anyagokat igen kis, 100–1000 ppm koncentrációban. Ez az új technológia 2007-ben K+F díjban részesült, amelyet a kutatók a találmá-nyok Oscar-díjának neveznek. A kutatócsoport a mû-szert elsôsorban arra a célra fejlesztette ki, hogy enge-dély nélküli nukleáris tevékenységet észleljen. Egyesvegyi anyagok jelenléte ugyanis egyértelmûen jelzi azatomfegyverek gyártásához szükséges anyagok repro-cesszálását vagy azok dúsítását. Ez a passzív módszer,szemben egyéb távérzékelô módszerekkel, mint példá-ul radar vagy infravörös kamera használata, észlelhetet-lenné teszi a megfigyelés tényét.

www.anl.gov

Felfedezték az eddigi legnehezebb szilíciumizotópotA Michigan Állami Egyetemen mûködô Nemzeti Szup-ravezetô Ciklotron Laboratórium (NSCL) kutatóinaksikerült elôállítani és azonosítani az eddig megfi-gyelt legnehezebb szilíciumizotópot. A 44-es tömeg-számú 44Si-atommag azonosítása tovább növeli az is-mert izotópok számát, és tovább erôsíti a neutronfe-lesleggel rendelkezô atommagok vizsgálatának lehe-tôségeit.

Megközelítôleg 6000 atommag létezhet kötött álla-potban a proton és neutron leszakadási vonalak kö-zött, de kísérleti információnk csak körülbelül 2830-ról van (beleértve a kb. 260 stabil atommagot is).Adott számú proton mellett az atommagban kötöttneutronok száma nem növekedhet egy bizonyos hatá-ron túl, ez a határ a leszakadási vonal. A neutron le-

szakadási vonalhoz közeli izotópok vizsgálata a kísér-leti magfizikai kutatások egyik fô célja. Például a 43Si-izotópot elôször Japánban, a Fizikai és Kémiai Kutató-intézetben (RIKEN) sikerült megfigyelni 2002-ben.Ugyanebben az évben a franciaországi GANIL labora-tóriumban Lukjanov és társai figyelték meg elsôként aneutronban gazdag 34Ne- és 37Na-izotópokat.

Az NSCL-kísérletben ez év januárjában 48Ca-iono-kat gyorsítottak fel 142 MeV/nukleon energiára ésirányítottak wolfram céltárgyra. A szórt nyalábot alaboratórium A1900 elnevezésû fragmentumszepará-torával megszûrve 20 különbözô izotópot sikerült adetektorokkal azonosítani (köztük három esetben a44Si-atommagot is).

http://cerncourier.com

Nyilvánosságra hozták az ötszáz leggyorsabb számítógép listáját2007. június 26–29. között Drezdában 47 országbóltöbb mint 10000 résztvevôvel került megrendezésre aNemzetközi Szuperszámítástechnikai Konferencia (In-ternational Supercomputing Conference). A konferen-cián hozták nyilvánosságra a világ 500 leggyorsabbszámítógépének listáját. Negyedik alkalommal kerültaz elsô helyre az IBM és a National Nuclear SecurityAdministration (NNSA) által kifejlesztett BlueGene/LSystem, amely a Lawrence Livermore Nemzeti Labora-tóriumban mûködik. A gép csúcssebessége másod-percenként 280,6 teraflop. Két további gép ért el 100teraflopnál nagyobb sebességet, második lett az OakRidge Nemzeti Laboratórium korszerûsített Cray XT4/

XT3 rendszere 101,7 teraflop/s, míg a harmadik hely-re a Sandia Nemzeti Laboratórium Cray Red Stormrendszere került 101,4 teraflop/s sebességgel.

A leggyorsabb európai gép spanyolországi, a Bar-celona Supercomputing Center IBM JS21 klasztere,amely 62,63 teraflop/s sebességgel a 9. helyezett. Aleggyorsabb japán gép a Tokyo Institute of Techno-logy gépe, amely egy Sun Fire x4600 alapú NEC in-tegrált rendszer Opteron processzorokkal, a listábana 14-ik. A száz leggyorsabb gép közül 57 dolgozik azEgyesült Államokban. A részletes lista az internetrôlletölthetô.

http://www.top500.org/lists/2007/06

B4