NAUKA KAO ŽIVOT

Pripremio: M. Rajković

NANOBUDUĆNOST JE POČELA
Dr Milan Damjanović Dopisni član SANU i redovni profesor Fizičkog fakulteta u Beogradu

Profesor Milan Damnjanović

Informacije brzine svetlosti Brzina prenosa informacija je gorući problem informatičke tehnologije. Profesor Damnjanović se posebno ne bavi tim problemom (ali „jednim okom“ ipak gleda šta se oko njega dešava). „Postoje dve mogućnosti da se ubrza rad kompjutera i uopšte elektronike. Jedna je u minijaturizaciji, smanjivanju čipova. Sva klasična elektronika teži nanoskali. Druga je da se umesto elektrona koristi svetlost čija je brzina najveća moguća. To je teorijski maksimum, preko koga fizika ne može dok verujemo u Ajnštajna. Ova ideja inspiriše fizičare da se bave optoelektronikom. Kad to budemo uradili stići ćremo do samog kraja novih tehnologija. U ovom trenutku ne vidimo kuda dalje.

Poznavaoci kretanja u nanofizici i nano vizionari predviđaju da će proizvodi na bazi nanotehnologije već krajem prve decenije ovog veka potisnuti sa tržišta mnoge aparate bez kojih je naš život koliko danas nezamisliv. Profesor Damnjanović, primerice, ističe da su istraživanja u optoelektronici na teorijskom nivou uveliko u toku i kroz desetak godina može početi njihova faktička primena. U zdravstvu je opsesivna tema kako neophodnu aktivnu supstancu transportovati do određenog mesta u organizmu unutar fulerena. Proizvođači automobila koriste nanotube za presvalačenje unutrašnje strane haube, jer su odlični zvučni i toplotni izolator. Teniski reketi potpuno od nanotuba su veoma elastični a čvrsti, lako „upijaju“ vibracije u laktu prilikom igre.

U nanonaci profesor Damnjanović je sa saradnicima dao originalna i nezaobilazna rešenja pojedinih problema, kao što su puna simetrija nanotuba ili tehnika modifikovanih grupnih projektora koju je ugradio u samostalno razvijen kompjuterski program POLSym. O rezultatima koje je postigao „razvijajući algebarske, diferencijalno geometrijske i numeričke metode u kvantnoj teoriji merenja i fizici niskodimenzionalnih sistema i kondenzovane materije“, nedavnim izborom za dopisnog člana SANU, sa „apsolutnim prvenstvom“ među stotinu kolega fizičara potencijalnih kandidata, srpski naučni aeropag je izrekao najviši vrednosni sud. Tako je posle Fedora Herbuta i Đorđa Šijačkog, soba 658 („Nanolab“) Fizičkog fakulteta u Beogradu dala i trećeg akademika.

Roditelji prof. Damnjanovića su lekari prve generacije beogradskog Medicinskog fakulteta posle Drugog svetskog rata. Deda po majci, Milutin Damnjanović, takođe je bio lekar. Zbog svog levičarstva i komunističkih ubeđenja, kaže, često je premeštan iz prestonice u kojoj je još početkom prošlog veka sagradio kuću (blizu današnjeg Vukovog spomenika). U Nišu je kod dede, posle majčinog odlaska iz Skoplja, dočekao polazak u školu. Milanovi ujaci, Milan i Bogdan Damnjanović, bili su univerzitetski profesori. Milan, filozof (“tihi disident“, veli), poznati srpski estetičar, predavao je na Likovnoj akademiji u Beogradu, Bogdan je bio profesor matematike na Kragujevačkom univerzitetu.

-Već u osmom razredu znao sam da ću studirati fiziku. Sećam se da sam prolazeći s majkom Studentskim trgom videvši ogromnu zgradu s druge strane parka rekao: 'Tamo ću raditi'. Kada sam se zaposlio na Fizičkom to moje predviđanje se i ostvarilo. Na takav izbor najviše je uticao nastavnik matematike i fizike u OŠ 'Žikica Jovanović Španac' u Novom Beogradu, Milovan Tomić. Njegova predavanja su potpuno promenila moj odnos prema ovim predmetima. Nastavnik Tomić je svima bio drugar, zajedno smo igrali fudbal, radili zanimljive zadatke. Poenta njegovog časa je upravo bila u rešavanju zanimljivih zadataka, i ja sam tada zavoleo, a i danas najviše volim da rešavam zadatke, priča profesor Damnjanović.

Od tih prvih radnih dana prošlo je više od trideset godina. Seća se da mu je tada bilo „pomalo dosadno“ i „svejedno“ kojom će se oblašću baviti. Preokret je nastao na predavanjima profesora Herbuta iz kvantne mehanike na postdiplomskim studijama. Herbut je tada radio u Vinči. „Ta predavanja su za mene bila pravo otrkiće i krucijalno uticala na moje buduće usmerenje i naučnu oblast. Na redovnim studijama smo stekli samo privid kvantne mehanike, pri čemu niko ništa nije razumeo. Kod profesora Herbuta smo saznali koliko je kvantna mehanika logična, ali sofisticirana nauka. Možda nas je privlačio stil kojim je predavao. Dok bi govorio o nekom problemu indukovao bi zapitanost samih studenata, kreirao je u nama neku vrstu internog razmišljanja o postavljenom problemu, inspirisao nas je da sami rešavamo problem. Ja sam bio odlučio da radim s prof. Herbutom po cenu da ostanem bez izglednog brzog zaposlenja“.

Milan Damnjanović je istraživačku karijeru počeo proučavanjem simetrija polimera, a renome stekao primenom simetrije u fizici nanotuba. Damnjanovićeva istraživačka grupa je prva u svetu odredila i upotrebila potpunu simetriju nanotuba. Na ovu temu mu je, prilikom jednog dolaska iz Amerike, skrenuo pažnju kolega Ivan Božović. „Ja sam tu oblast dotle potpuno ignorisao, iako je Japanac Idžima svoje otkriće objavio još 1991“, kaže prof. Damnjanović. „Za godinu dana napravili smo pravu eksploziju radova o nanotubama. Sa našom ranije razvijenom tehnikom to i nije bilo teško. Međutim, rezultati do kojih smo došli ne bi bili mogući bez prethodnih rezultata u grupi. Pre svega, radova profesora Herbuta, Vujičića i Božovića; takođe je rad prof. Šijačkog o generalisanim semi-direktnim proizvodima bitno uticao na novi način klasifikovanja linijskih grupa“.

Četiri rada, od 67 objavljenih u vodećim naučnim časopisima, posebno su obeležili naučno-istraživački put profesora Damnjanovića:

Normal vibrations and Jahn-Teller effect for polymers and quasi-one-dimensional systems (Phys. Rev. B 47 (1993), Full Symmetry, Optical Activity and Potentialy of Singl-and Multi-wall Nanotubes (Phys. Rev. B 60,2728 (1999), Super-slippery Carbon Nanotubes. Symmetry Breaking breaks friction (Eur. Phys. Journal B 25131-134 (2002), Modified group projectors: tight binding method (Journal Physic A 33 (2000) 6561-72 (najvažniji sa informatičkog stanovišta).

Rad o klasifikaciji normalnih vibracija (koautor I. Milošević) je napisan i objavljen još 1993, mnogo pre rada o nanotubama, iako je ta tema tih godina prosto ekspolodirala u fizici ( „kao da smo bili slepi i gluvi za tu pojavu). U ovom radu (koji smatra„najtežim“ koji je dosad objavio) data je klasifikacija svih polimera. Kad kaže polimer prof. Damnjanović misli na regularni kvazi-jednodimenzionalni sistem. „Možemo da nacrtamo i na kompjuteru prikažemo sve moguće polimere koji se ikada mogu pojaviti u prirodi ili mogu biti sintetisani. A neki od njih možda nikada neće ni moći da se sintetetišu. Da sam samo ovaj rad uradio u životu, bio bih zadovoljan, bez obzira što sam ga obukao u neko ruho koje nije bilo dovoljno dobro. Zapravo, žao mi je što u njemu nismo upotrebili reč nanotuba. Bio bi veoma citiran“, kaže.

I pre Damnjanovićevog rada o «Punoj simetriji», simetrija, ali nekompletna, korišćena je u nanotubama. Naučnici su bili uočili neke elemente simetrije, neke transformacije, a ni to što su znali nisu koristili na efikasan način. U fizici čvrstog stanja, tj. kondenzovane materije, obično se uspešno koristi translaciona simetrija, ali kod jednodimenzionalnih kristala puna simetrija je mnogo veća. Ovaj rad (objavljen tokom NATO agresije 1999) citirale su sve vodeće grupe koje se bave nanosistemima. „Kroz punu simetriju“, veli, „naučio sam kako se fundamentalno znanje tek upakovano u dobro tehnološko rešenje može dobro plasirati“.

U Full symmetrry je dato sve o simetriji, a u Tight binding kako tu totalnu simetriju generalno, ne samo kod nanotuba, ubaciti u kompjuterski kod i potpuno iskoristiti. „Doktorat Ivanke Milošević (1994) je bio o numeričkom korišćenju linijskih grupa. Tu smo već načeli neke elemente našeg programa, da bi dve hiljadite napravili novu verziju POLSym programa. On koristi full symmetry i zaista je nadmoćan. Što se tiče brzine računa (energijskih zona, npr., ili optičkih osobina), bez ikakve neskromnosti mogu kazati da smo neuporedivi sa drugima. Apsolutno najbolji. No, za određene fizičke probleme ne možemo doći do rešenja samo pomoću POLsym programa“.

Dok govori o radu o nanomašinama („moj najlepši rad“, „možda i najvažniji za aplikacije“), govori kao slikar o svom najlepšem platnu. I ovde je najbliži svom ujaku estetičaru. „Taj rad sintetiše sav moj ukus, ne znam koliko sam ga nametnuo ostalim članovima grupe, valjda jesam, ali ima i komponentu aplikabilnosti. U ovom radu smo dokazali, potpuno egzaktno, koristeći isključivo simetrijske metode bez ikakvih aproksimacija, da možemo odabrati dve nanotube jednu u drugoj, takve da se unutrašnja može bez ikavog trenja izvaditi, kao da su apsolutno glatke (to se naziva teleskopski efekat). Ili rotirati sa veoma malim trenjem, što je pogodno za rotirajuće delove nanomašina. Ovo je veoma interesantno za sve grupe koje projektuju nanomašine, jer se trenje među delovima mora što više smanjiti.“

Zahvaljujući radovima o simetriji prof. Damnjanoviću su iz sveta stizali pozivi od urednika različitih časopisa i monografija da napiše prilog o teorijskim aspektima fizike kvazi jednodimenzionalnih sistema. Jedno takvo poglavlje je Quantum Mechanicol Simulation Methods in Studying Biologicol Systems, glava XIV, u Symmetry Oriented Computer Research of Polymers: program POLSym &DNA (izd. Les Edtions de Physique, Springer, Berlin (1966). Naslov u originalu je bio u takmičarskom duhu POLSym versus DNA i spada u prve radove o numeričkom korišćenju simetrije. Sa druge strane, rad Symmetry Based Fundamentals on Carbon Nanotubes, glava 2 u Applied Physics of Nanotubes: Fundamentals of Theory, Optics and Transport Devices (Springer, Berlin, 2005) je sinteza radova grupe prof. Damnjanovića o nanotubama.

Damnjanović sa svojom grupom trenutno ima dva pravca istraživanja: pentaheptidne nanotube i kako poboljšati uračunavanje korelacije između mnogo čestica. Ovaj drugi pravac je, veli, generalno najvažniji problem današnje fizike. Problem jednog tela je uvek numerički, a često i analitički rešiv. Problem dva tela je rešiv utoliko što se može svesti na jedno telo. Već problem tri tela je faktički nerešiv. „Kad uzmem kvantnu varijantu problema to su korelacije, nešto što vrlo teško mogu da opišem, a da slušalac ne pomisli da su interakcije, a nisu. Moja grupa taj problem napada na fundamentalnom nivou, kroz distantne korelacije (manifestacije korelisanosti dva udaljena sistema). Problem je zapravo u isprepletanosti međusobnog uticaja svih čestica jedne na drugu, uz neprekidno povratno dejstvo (feedback). Mi pokušavamo da rešimo problem kroz fundamentalnu kvantnu mehaniku i diferencijalnu geometriju. Nije realno da ćemo uspeti, ali je zanimljivo, i svaki eventualni pomak bi bio fantastičan uspeh. Iskreno, pitanje je u kojoj je meri to uopšte moguće rešiti. Neko će pre pokazati da problem nije moguće rešiti nego što će biti rešen.

M. Rajković