Presentationstal av Professor Per Delsing, ledamot av Kungliga Vetenskapsakademien; 10 December 2010

Professor Per Delsing presenterar Nobelpriset i fysik 2010 i Stockholms Konserthus. Copyright © The Nobel Foundation 2010 Photo: AnnaLisa B. Andersson

Eders Majestäter, Eders Kungliga Högheter, mina damer och herrar.

Årets Nobelpris i fysik belönar forskning som rör ett nytt ultratunt material med fantastiska egenskaper. Materialet heter grafen och är det första i en ny klass av material. Förvånande nog kan man framställa det i små kvantiteter med hjälp av vanligt kontorsmaterial som en blyertspenna och tejp.

Kol är troligen det viktigaste grundämnet i naturen, det är basen för allt liv som vi känner till. Den vanligaste formen av rent kol är grafit som vi återfinner till exempel i blyertspennor. Om kol utsätts för högt tryck kan det även anta formen av diamant, som är betydligt dyrare och säkert finns i en del smycken här i salen.

Grafit består av många atomärt tunna kolskikt staplade på varandra, ett enda sådant skikt är det som vi idag kallar grafen. Ett grafenskikt ser ut ungefär som ett hönsnät, vi säger att det har en hexagonal struktur, men grafenet är mycket tunnare, faktiskt en enda atom tunt. Varje grafenskikt är mycket starkt, men i grafit är skikten bara svagt kopplade till varandra. Det gör att man lätt kan klyva grafit, vilket är precis det som händer när man skriver med en blyertspenna. När pennan dras över pappret lossnar flagor som innehåller många kollager, vissa flagor är naturligtvis tunnare än andra och det kan tänkas att en liten bråkdel av flagorna faktiskt består av enstaka kollager. De flesta av er här i salen har alltså tillverkat grafenliknande skikt när ni har skrivit med en blyertspenna.

Grafen är representativt för en hel klass av tvådimensionella kristallina material. Med tvådimensionellt menar vi att atomer adderas på längden och bredden men inte på höjden. Det betyder att elektronerna i materialet endast kan färdas i två dimensioner men inte i den tredje. Elektronerna i grafen beter sig på ett ovanligt sätt, det ser faktiskt ut som om de inte har någon massa. Detta ger upphov till intressanta fysikaliska fenomen som till exempel en ovanlig form av den så kallade kvant Halleffekten, en effekt som resulterade i Nobelpris 1985. Ett annat exempel är det som kallas Kleins tunneleffekt. Denna effekt förutsades av den svenske fysikern Oskar Klein 1929. Den har inte observerats tidigare i andra system, men i grafen lyckades man med detta förra året.

Grafen har även andra fantastiska egenskaper, det är till exempel 100 gånger starkare än stål. Om vi tänker oss att man kan tillverka en hängmatta av grafen som är en kvadratmeter stor, så kommer den trots att den bara är en atom tunn att kunna hålla ett nyfött barn eller en katt utan att gå sönder. En sådan hängmatta skulle väga ca ett milligram, ungefär lika mycket som ett av kattens morrhår. Grafen är också en bra elektrisk ledare och leder värme 10 gånger bättre än silver. Dessutom är grafen genomskinligt, böjligt och mycket töjbart.

Man visste sedan länge att grafit består av hexagonala lager av kol och elektronernas uppförande i grafen beräknades redan 1947 av Philip Wallace. Det var dock få som trodde att det skulle vara möjligt att isolera grafen så att man skulle kunna göra elektriska mätningar på enstaka lager. Det var därför överraskande när årets pristagare, Andre Geim och Konstantin Novoselov, tillsammans med sina medarbetare i oktober 2004 publicerade sin första artikel om grafen. Med hjälp av uppfinningsrika metoder där de bland annat använde vanlig tejp, lyckades de isolera tunna kolskikt och flytta dem till ett lämpligt underlag. Med hjälp av olika mikroskop kunde de visa att en del av skikten bara var en atom tunna. De kunde dessutom etsa prover till en lämplig form och sätta på elektriska kontakter. De gjorde elektriska mätningar och kunde visa att materialet faktiskt hade de förväntade egenskaperna. I efterföljande experiment har många grupper, inte minst pristagarna själva, gjort nya experiment och undersökt en rad spännande egenskaper hos detta nya kolmaterial.

Forskningsområdet grafen är fortfarande ungt och det är för tidigt att peka ut vilka tillämpningar som kommer att bli de viktigaste. Det finns dock stora förhoppningar att grafenets fantastiska egenskaper kommer att kunna utnyttjas på många områden. Exempel på möjliga tillämpningar är pekskärmar, solceller, snabba transistorer, gassensorer och lätta, ultrastarka material.

Professor Geim, Professor Novoselov:
You have been awarded the 2010 Nobel Prize in Physics for your ground-breaking experiments regarding the two-dimensional material graphene. On behalf of the Royal Swedish Academy of Sciences, it is my honour and pleasure to convey to you the warmest congratulations for your outstanding work. I now ask you to step forward to receive your Nobel Prizes from the hands of His Majesty the King.