Sir Andrey Konstantinovich Geim jest członkiem Royal Society, członkiem Uniwersytetu w Manchesterze i brytyjsko-holenderskim fizykiem urodzonym w Rosji. Wraz z Konstantinem Novoselovem otrzymał w 2010 roku Nagrodę Nobla w dziedzinie fizyki za pracę nad grafenem. Obecnie jest profesorem Regius i dyrektorem Centrum Mezo-nauki i Nanotechnologii na Uniwersytecie w Manchesterze.
Andrey Geim: biografia
Urodzony 21.10.58 w rodzinie Konstantina Aleksiejewicza Geima i Niny Nikołajewnej Bayer. Jego rodzice byli radzieckimi inżynierami niemieckiego pochodzenia. Według Geima babcia jego matki była Żydówką i cierpiał na antysemityzm, ponieważ jego nazwisko brzmi po żydowsku. Gra ma brata Władysława. W 1965 r. jego rodzina przeniosła się do Nalczyka, gdzie uczył się w szkole o profilu angielskim. Po ukończeniu studiów z wyróżnieniem dwukrotnie próbował wstąpić do MEPhI, ale nie został przyjęty. Następnie złożył podanie do Moskiewskiego Instytutu Fizyki i Technologii i tym razem udało mu się wejść. Według niegoWedług niego studenci bardzo intensywnie się uczyli - presja była tak silna, że często ludzie załamywali się i opuszczali studia, a niektórzy kończyli na depresji, schizofrenii i samobójstwach.
Kariera akademicka
Andrey Geim otrzymał dyplom w 1982 r., aw 1987 r. został doktorem fizyki metali w Instytucie Fizyki Ciała Stałego Rosyjskiej Akademii Nauk w Czernogołowce. Zdaniem naukowca w tamtym czasie nie chciał podążać w tym kierunku, preferując fizykę cząstek elementarnych lub astrofizykę, ale dziś jest zadowolony ze swojego wyboru.
Game pracował jako pracownik naukowy w Instytucie Technologii Mikroelektroniki Rosyjskiej Akademii Nauk, a od 1990 roku na uniwersytetach w Nottingham (dwukrotnie), Bath i Kopenhadze. Według niego mógł prowadzić badania za granicą, a nie zajmować się polityką, dlatego zdecydował się opuścić ZSRR.
Praca w Holandii
Andrey Geim objął swoje pierwsze pełnoetatowe stanowisko w 1994 roku, kiedy został adiunktem na Uniwersytecie w Nijmegen, gdzie studiował nadprzewodnictwo mezoskopowe. Później otrzymał obywatelstwo holenderskie. Jednym z jego absolwentów był Konstantin Nowosełow, który stał się jego głównym partnerem badawczym. Jednak według Geima jego kariera akademicka w Holandii nie była różowa. Zaproponowano mu profesury w Nijmegen i Eindhoven, ale odrzucił tę propozycję, ponieważ holenderski system akademicki uznał za zbyt hierarchiczny i pełen drobnej polityki, jest zupełnie inny od brytyjskiego, w którym każdy pracownik ma równe prawa. W swoim noblowskim wykładzie Game powiedział później, że ta sytuacja była nieco surrealistyczna, ponieważ poza murami uniwersytetu był wszędzie ciepło przyjmowany, łącznie ze swoim przełożonym i innymi naukowcami.
Przeprowadzka do Wielkiej Brytanii
W 2001 roku Game został profesorem fizyki na Uniwersytecie w Manchesterze, aw 2002 został mianowany dyrektorem Manchester Center for Meso-Science and Nanotechnology oraz profesorem Langworthy. Jego żona i długoletnia współpracowniczka Irina Grigorieva również przeniosła się do Manchesteru jako nauczycielka. Później dołączył do nich Konstantin Nowosełow. Od 2007 roku Game jest Senior Fellow w Engineering and Physical Science Research Council. W 2010 roku Uniwersytet Nijmegen mianował go profesorem innowacyjnych materiałów i nanonauki.
Badania
Game, we współpracy z naukowcami z University of Manchester i IMT, znalazło prosty sposób na wyizolowanie pojedynczej warstwy atomów grafitu, znanej jako grafen. W październiku 2004 roku grupa opublikowała swoje odkrycia w czasopiśmie Science.
Grafen składa się z warstwy węgla, której atomy ułożone są w postaci dwuwymiarowych sześciokątów. Jest to najcieńszy materiał na świecie, a także jeden z najmocniejszych i najtwardszych. Substancja ma wiele potencjalnych zastosowań i jest doskonałą alternatywą dla krzemu. Geim powiedział, że jednym z pierwszych zastosowań grafenu może być opracowanie elastycznych ekranów dotykowych. Nie opatentował nowego materiału, ponieważ wymagałoby to pewnegozakres i partner w branży.
Fizyk opracowywał biomimetyczny klej, który stał się znany jako taśma gekona ze względu na lepkość kończyn gekona. Badania te są wciąż na wczesnym etapie, ale już dają nadzieję, że w przyszłości ludzie będą mogli wspinać się po sufitach jak Spider-Man.
W 1997 roku Game badało wpływ magnetyzmu na wodę, co doprowadziło do słynnego odkrycia bezpośredniej lewitacji diamagnetycznej wody, która stała się powszechnie znana dzięki demonstracji lewitującej żaby. Pracował również nad nadprzewodnictwem i fizyką mezoskopową.
Jeśli chodzi o wybór tematów do swoich badań, Game powiedział, że gardzi podejściem wielu osób wybierających temat do swojego doktoratu, a następnie kontynuujących ten sam przedmiot aż do emerytury. Zanim dostał swoje pierwsze pełnoetatowe stanowisko, zmienił temat pięć razy, co pomogło mu wiele się nauczyć.
W artykule z 2001 roku nazwał swojego ukochanego chomika Tiszę jako współautor.
Historia odkrycia grafenu
Pewnego jesiennego wieczoru w 2002 roku Andrey Geim myślał o węglu. Specjalizował się w mikroskopijnie cienkich materiałach i zastanawiał się, jak zachowują się najcieńsze warstwy materii w określonych warunkach eksperymentalnych. Grafit, złożony z jednoatomowych filmów, był oczywistym kandydatem do badań, ale standardowe metody izolowania ultracienkich próbek mogłyby go przegrzać i zniszczyć. Więc Game wyznaczyła jednego z nowych absolwentów, Da Jianga,postaraj się uzyskać jak najcieńszą próbkę, nawet kilkaset warstw atomów, polerując kryształ grafitu wielkości jednego cala. Kilka tygodni później Jiang przyniósł ziarno węgla na szalkę Petriego. Po zbadaniu go pod mikroskopem Game poprosił go, aby spróbował ponownie. Jiang powiedział, że to wszystko, co zostało z kryształu. Podczas gdy Game żartobliwie wyrzucał mu, że wytarł górę, by zdobyć ziarnko piasku, jeden z jego seniorów zobaczył w koszu grudki zużytej taśmy, których lepka strona pokryta była szarą, lekko błyszczącą warstwą pozostałości grafitu.
W laboratoriach na całym świecie naukowcy używają taśmy do testowania właściwości adhezyjnych próbek eksperymentalnych. Warstwy węgla tworzące grafit są luźno sklejone (od 1564 roku materiał ten stosowany jest w ołówkach, ponieważ pozostawia widoczne ślady na papierze), dzięki czemu taśma klejąca z łatwością oddziela łuski. Game umieścił kawałek taśmy klejącej pod mikroskopem i stwierdził, że grubość grafitu jest cieńsza niż to, co do tej pory widział. Składając, ściskając i rozrywając taśmę, udało mu się uzyskać jeszcze cieńsze warstwy.
Game po raz pierwszy udało się wyizolować dwuwymiarowy materiał: jednoatomową warstwę węgla, która pod mikroskopem atomowym wygląda jak płaska siatka sześciokątów, przypominająca plaster miodu. Fizycy teoretyczni nazwali taką substancję grafenem, ale nie zakładali, że można ją otrzymać w temperaturze pokojowej. Wydawało im się, że materiał rozpadnie się na mikroskopijne kulki. Zamiast tego Game zauważył, że grafen pozostał w jednymsamolot, który faluje, gdy materia się stabilizuje.
Grafen: niezwykłe właściwości
Andrei Game skorzystał z pomocy studenta Konstantina Novoselova i zaczęli studiować nową substancję czternaście godzin dziennie. Przez kolejne dwa lata przeprowadzili serię eksperymentów, podczas których odkryli niesamowite właściwości materiału. Ze względu na swoją unikalną strukturę elektrony, bez wpływu innych warstw, mogą poruszać się po sieci bez przeszkód i niezwykle szybko. Przewodność grafenu jest tysiące razy większa niż miedzi. Pierwszym objawieniem gry była obserwacja wyraźnego „efektu pola”, który pojawia się w obecności pola elektrycznego, które umożliwia kontrolę przewodzenia. Efekt ten jest jedną z cech charakterystycznych krzemu stosowanego w chipach komputerowych. Sugeruje to, że grafen może być zamiennikiem, którego producenci komputerów szukali od lat.
Droga do uznania
Game i Konstantin Novoselov napisali trzystronicowy artykuł opisujący swoje odkrycia. Został on dwukrotnie odrzucony przez Naturę, przy czym jeden recenzent powiedział, że wyizolowanie stabilnego dwuwymiarowego materiału jest niemożliwe, a inny nie dostrzegł w nim „wystarczającego postępu naukowego”. Jednak w październiku 2004 r. w czasopiśmie Science ukazał się artykuł zatytułowany „Efekt pola elektrycznego w warstwie atomowo grubej węgla”, który wywarł ogromne wrażenie na naukowcach – na ich oczach fantazja stała się rzeczywistością.
Lawina odkryć
Laboratoria na całym świecie rozpoczęły badania przy użyciu techniki taśmy klejącej Geima, a naukowcy zidentyfikowali inne właściwości grafenu. Chociaż był to najcieńszy materiał we wszechświecie, był 150 razy mocniejszy od stali. Grafen okazał się plastyczny, podobnie jak guma, i mógł rozciągać się do 120% swojej długości. Dzięki badaniom Philipa Kima, a następnie naukowców z Columbia University odkryto, że materiał ten jeszcze lepiej przewodzi prąd elektryczny niż dotychczas. Kim umieścił grafen w próżni, w której żaden inny materiał nie może spowolnić ruchu jego cząstek subatomowych, i wykazał, że ma „ruchliwość” – prędkość, z jaką ładunek elektryczny przemieszcza się przez półprzewodnik – 250 razy szybciej niż krzem.
Wyścig techniczny
W 2010 roku, sześć lat po odkryciu dokonanym przez Andrieja Geima i Konstantina Nowosiołowa, w końcu przyznano im Nagrodę Nobla. W tym czasie media nazywały grafen „cudownym materiałem”, substancją, która „może zmienić świat”. Zwrócili się do niego naukowcy akademiccy z dziedziny fizyki, elektrotechniki, medycyny, chemii itp. Opatentowano zastosowanie grafenu w bateriach, elastycznych ekranach, systemach odsalania wody, zaawansowanych ogniwach słonecznych, ultraszybkich mikrokomputerach.
Naukowcy w Chinach stworzyli najlżejszy materiał na świecie - aerożel grafenowy. Jest 7 razy lżejszy od powietrza – jeden metr sześcienny materii waży zaledwie 160 g. Aerożel grafenowy powstaje poprzez liofilizację żelu zawierającego grafen i nanorurki.
Do Uniwersytetu w Manchesterze,gdzie pracują Game i Novoselov, rząd brytyjski zainwestował 60 milionów dolarów w utworzenie na jego podstawie National Graphene Institute, co pozwoliłoby krajowi dorównać najlepszym posiadaczom patentów na świecie – Korei, Chinom i Stanom Zjednoczonym, które rozpoczęły wyścig o stworzenie pierwszych na świecie rewolucyjnych produktów opartych na nowym materiale.
Honorowe tytuły i nagrody
Eksperyment z lewitacją magnetyczną żywej żaby nie przyniósł takich rezultatów, jakich spodziewali się Michael Berry i Andrey Game. Nagroda Ig Nobla została im przyznana w 2000 roku
W 2006 roku gra otrzymała nagrodę Scientific American 50.
W 2007 roku Instytut Fizyki przyznał mu nagrodę i medal Motta. W tym samym czasie Game został wybrany członkiem Towarzystwa Królewskiego.
Game i Novoselov podzielili się Nagrodą Eurofizyki 2008 „za odkrycie i wyizolowanie jednoatomowej warstwy węgla oraz określenie jej niezwykłych właściwości elektronicznych”. W 2009 roku otrzymał nagrodę Kerber Award.
Nagroda Andre Geim John Carthy 2010 przyznana przez Narodową Akademię Nauk Stanów Zjednoczonych została przyznana „za jego eksperymentalną realizację i badanie grafenu, dwuwymiarowej formy węgla”.
Również w 2010 roku otrzymał jedną z sześciu honorowych profesur Towarzystwa Królewskiego oraz Medal Hughesa „za rewolucyjne odkrycie grafenu i jego niezwykłych właściwości”. Geim otrzymał doktoraty honoris causa z Delft University of Technology, ETH Zurich, uniwersytetyAntwerpia i Manchester.
W 2010 roku został odznaczony Orderem Lwa Holenderskiego za wkład w naukę holenderską. W 2012 roku, za zasługi dla nauki, Game został awansowany na kawalerów rycerskich. Został wybrany zagranicznym członkiem korespondentem Amerykańskiej Akademii Nauk w maju 2012 r.
Laureat Nagrody Nobla
Game i Novoselov otrzymali Nagrodę Nobla w dziedzinie fizyki 2010 za pionierską pracę nad grafenem. Słysząc o nagrodzie, Game powiedział, że nie spodziewał się jej otrzymać w tym roku i nie planuje zmieniać swoich najbliższych planów. Współczesny fizyk wyraził nadzieję, że grafen i inne dwuwymiarowe kryształy zmienią codzienne życie ludzkości w taki sam sposób jak plastik. Nagroda uczyniła go pierwszą osobą, która zdobyła jednocześnie Nagrodę Nobla i Nagrodę Ig Nobla. Wykład odbył się 8 grudnia 2010 na Uniwersytecie Sztokholmskim.
