Feynman’ın “Aşağıda çok oda var -There’s Plenty of Room at the Bottom” başlıklı ünlü konuşması nanoteknoloji çağının başlangıcı olarak kabul edilmektedir. Feynman, küçük cihazlar imal edebilecek aletler yapılması için çaba harcanması gerektiğini vurgulayarak, bu çalışmalarda bir atom büyüklüğüne karşılık gelen nano ölçeğe kadar inilmesini önerdi. Böylece gelecekte tek tek atomları bir araya getirerek yeni malzemelerin ve cihazların üretilmesinin mümkün olacağını belirtti.
Feynman konuşmasına şöyle devam etti: “ Malzemelerin çok küçük bir ölçekte kontrol edilmesinden ve yönlendirilmesinden söz ettiğimde insanlar benim minyatür sanatından söz ettiğimi zannediyorlar. Serçe parmak tırnağı büyüklüğünde elektrik motoru, otomobil ve kitapların zaten yapılabildiğini, piyasada mevcut olduğunu söylüyorlar. Oysa ben bunu kastetmiyorum. Yirmi dört (24) cilt Britanika Ansiklopedisinin bir toplu iğne başı kadar alana sığdırılmasının mümkün olduğundan söz ediyorum. Toplu iğne başı 1.6 mm çapındadır. Toplu iğne başını yirmi beş bin (25 000) kat büyütecek olsak 1260 metre karelik bir alan elde edebiliriz.
Bu alan 24 cilt Britanika Ansiklopedisi’nin tüm sayfalarını içine alabilecek büyüklüktedir. O halde, tersine bir yöntem izleyerek bu ansiklopedinin tüm sayfalarını 25 000 kat küçültebilirsek 32 atomluk bir alana indirgeyerek, çapı 1000 atom büyüklüğünde olan, kâğıt üstünde kalemle işaretlenmiş tek bir noktanın kaplayacağı kadar bir alanı olan bir toplu iğne başına sığdırabiliriz.
Bu mümkün müdür? Herhangi bir metalin yüzeyine fotonlarla yazı yazabildiğimizde mümkün olacaktır. Daha sonra, yazılan bu yazının nasıl okunabileceği sorusu akıllara gelir. İnsan gözü 0.22 mm den daha küçük olan şeyleri göremez.
Atomik büyüklükteki yazıları okumak ve şeyleri görebilmek için bugün kullanılan klasik mikroskoplar yeterli olmayacaktır. İyonların, elektronların ışık yerine kullanılacağı yeni mikroskoplar geliştirmemiz gerekir...” Feynman: “Aşağıda büyüleyici küçük bir dünya var. 2000 yılına gelindiğinde insanlar geriye bakarak 1960’larda bilim insanları ve mühendisler neden acaba bu yolda ilerlememişler diye soracaklar...” sözleri ile konuşmasını bitirirken, özellikle lise ve üniversite öğrencilerine seslenerek her biri 1000 dolar olan iki ödül vaad etti. Bu ödül davetlerinden birincisi bir kenarı 0.39 mm olan bir küp büyüklüğünde çalışan bir elektrik motoru geliştirilmesi, diğeri de Britannica Ansiklopedisinin tamamının toplu iğne başı büyüklüğünde bir yüzeye yazılması idi. İlk ödül hedefi ne, Kasım 1960’da titiz bir makina mühendisi olan William Mc- Lellan (CalTech’50) tarafından ulaşıldı. McLellan, mikroskop altında görülebilen, bir kalem ucundan daha ince olan bir elektrik motorunu geleneksel araç gereç kullanılarak imal etmişti. Çığır açacak cinsten olmasa da, Feynman bu çabayı ödüle değer buldu, 1000 dolar ile ödüllendirdi.
İkinci buluş, 1985’de Stanford Üniversitesinde doktora öğrencisi olan Tom Newman tarafından yapıldı. Newman, Charles Dickens’ın 1859’da kaleme aldığı “İki Şehrin Hikayesi” romanının ilk sayfasını 1/25 000 oranında küçülterek, elektron lazeri ile 0.2 mm x 0.2 mm boyutlarında plastik bir yüzeye yazmayı başardı, Feynman bu eseri 1959’da yaptığı ikinci çağrıya verilmiş başarılı bir yanıt olarak kabul ederek eseri ödüllendirdi.
25 Ekim 1984’de Essalen Enstitüsü’nde düzenlenen bir bilimsel toplantıda, Feynman 1959 konferansından yirmi beş sene sonra benzer bir konuşmayı “Küçük Makinalar” başlığı ile yeniden sundu. Konferansına “Şimdi, hareket edebilen parçaları olan çok küçük makinalar icad etme olasılığından bahsedelim” diyerek başladı, nano ölçekte makina ve bilgisayar üretmenin mümkün olduğunu yeniden vurguladı. Böyle bir sistemin yapılabilmesi için atomlardan ve moleküllerden başlayarak “aşağıdan yukarıya” yaklaşımıyla çalışmak gerektiğini, ancak bu tür moleküler makinaların ne işe yarayacağını o gün için kestirmenin mümkün olamayacağını söyleyerek konuşmasını tamamladı.
Moleküler makinalar ve 2016 Nobel Kimya Ödülü
Moleküler makina veya moleküler motor adı verilen moleküller kimyasal bağ enerjisini mekanik bir kuvvete ve harekete dönüştürebilen, canlıların yapısında doğal olarak bulunan ya da laboratuvarlarda sentezlenen moleküllerdir. Canlı hücrelerde yer alan DNA ve RNA molekülleri moleküler motorların bilinen en önemli örneklerindedir.
Doğanın milyarlarca yıldır ürettiği ve evrim sürecinde giderek daha mükemmellerini geliştirdiği moleküler motorları sentetik olarak üretebilmek için bilim insanları büyük çabalar harcamaktadır. Bu çabaların bir sonucu olarak, 2016 Nobel Kimya Ödülü, bir saç telinden bin (1000) kat daha ince olan “Moleküler Makinaları” tasarlayarak üreten Jean-Pierre Sauvage (d.1944, Fransa), Sir J. Fraser Stoddart (d.1942, İngiltere-ABD) ve Bernard L. Feringa (d.1951, Hollanwda) ‘ya verildi. İsveç Kraliyet Bilim Akademisi, düzenlediği basın toplantısında, Sauvage, Stoddart ve Feringa’nın “dışardan enerji verildiğinde, kontrol edilebilir hareketler yapan moleküller geliştirerek” yeni bir çığır açtıkları için Nobel Kimya Ödülü’ne layık görüldüklerini bildirdi. Gelecek yazımızda 2016 Nobel Kimya Ödülü alan çalışmalardan söz edeceğiz.
Prof. Dr. Nihal Sarıer / İstanbul Kültür Üniversitesi Rektör Yardımcısı
Kaynaklar:
McLellan katıldığı bir TV programında minyatürize elektrik motorunu tanıtırken: https://www.youtube.com/watch?v=H28GyGg3qbQ
Feynman, Küçük Makinalar Konferansı (1984): https://www.youtube.com/watch?v=4eRCygdW--c
Feynman sitesi, http://www.feynman.com/science/nanotechnology/
J. Fraser Stoddart, Nanoteknoloji Toplantısı (2008): https://www.youtube.com/watch?v=oOVXeRHnTAg
Francis Villatoro, Metal yüzeyinde hareket eden dört tekerlekli molekül (2011): https://www.youtube.com/watch?v=I5JgJsjq3Q4
Tetrahedon Prize (2016): https://www.youtube.com/watch?v=F-HNDwZrISA
Peplow, M. (2015) The Tiniest Lego: a tale of nanoscale motors, rotors, switches and pumps. Nature., 525, 18-21.
Bu yazı HBT'nin 62. sayısında yayınlanmıştır.
