Andrey Geim, moderný vedecký fyzik: biografia, vedecké úspechy, ceny a ceny

Sir Andrey Konstantinovič Geim je riadnym členom Kráľovskej spoločnosti, zamestnanec Univerzity v Manchestri a britsko-holandský fyzik, narodený v Rusku. Spolu s Konstantinom Novoselovom v roku 2010 získal Nobelovu cenu za fyziku za svoju prácu na grafene. V súčasnosti je profesorom Regiusu a riaditeľom Centra pre medzivodstvo a nanotechnológiu na univerzite v Manchestri.

Andrey Geim: Biografia

Narodil sa 21.10.58 v rodine Konstantin Aleksejevič Geim a Nina Nikolaevna Bayer. Jeho rodičia boli sovietski inžinieri nemeckého pôvodu. Podľa Geima matka jeho babička bola židovská a trpel antisemitizmom, pretože jeho meno je židovské. Má brat Vladislav. V roku 1965 sa jeho rodina presťahovala do Nalchika, kde študoval v špecializovanej škole v angličtine. Po ukončení štúdia sa dvakrát pokúsil vstúpiť do MEPI, ale nebol prijatý. Potom predložil dokumenty MIPT a tentoraz sa mu to podarilo. Podľa neho študenti študovali veľmi tvrdo - tlak bol taký silný, že ľudia často praskli a opustili školu a niektorí skončili s depresiou, schizofréniou a samovraždou.

Akademická kariéra

Andrej Geim získal diplom v roku 1982 a v roku 1987 sa stal kandidátom vied v oblasti fyziky kovov na Ústave fyzikálnej pevnej látky Ruskej akadémie vied v Chernogolovke. Podľa vedca v tom čase nechcel pokračovať týmto smerom, uprednostňoval fyziku elementárnych častíc alebo astrofyziku, ale dnes je spokojný s jeho voľbou.

Geim pracoval ako výskumný pracovník v Ústave mikroelektronických technológií v Ruskej akadémii vied a od roku 1990 na univerzitách v Nottinghame (dvakrát) v Bath a Kodani. Podľa neho môže v zahraničí robiť výskum a nemusí sa zaoberať politikou, a preto sa rozhodol opustiť ZSSR.

Práca v Holandsku

Jeho prvé miesto na plný úväzok, Andrei Geim sa v roku 1994, keď sa stal docentom na univerzite Nijmegen, kde sa zaoberal mesoskopickou supravodivosťou. Neskôr dostal holandské občianstvo. Jedným z jeho absolventov bol Konstantin Novoselov, ktorý sa stal jeho hlavným vedeckým partnerom. Napriek tomu podľa Geima jeho akademická kariéra v Holandsku bola ďaleko od bezbolestnej. V Nijmegene a Eindhovene mu bol ponúknutý profesor, ale on odmietol, pretože našiel holandský akademický systém príliš hierarchický a plný drobných politikov, je úplne odlišný od britského, kde každý zamestnanec má rovnaké práva. V jeho Nobelovej prednáške Heym neskôr povedal, že táto situácia je trochu neskutočná, keďže mimo univerzitu bol všade vítaný, vrátane svojho vedúceho a ďalších vedcov.

Presťahovanie sa do Veľkej Británie

V roku 2001 sa stal Heim profesorom fyziky na univerzite v Manchestri av roku 2002 bol menovaný riaditeľom Centra pre mesonoscience a nanotechnológie v Manchestri a profesora Langworthyho. Manželka a jeho dlhoročná spoluautorka Irina Grigorieva sa tiež presťahovala do Manchesteru ako učiteľka. Neskôr sa k nim pripojil aj Konstantin Novoselov. Od roku 2007 sa Geim stal vedúcim výskumným pracovníkom Rady pre inžinierstvo a fyzický výskum. V roku 2010 ho univerzita Nijmegen vymenovala za profesora inovatívnych materiálov a nanovied.

výskum

Geim sa podarilo nájsť jednoduchý spôsob izolácie jednej vrstvy grafitových atómov, známej ako graphene, v spolupráci s vedcami z University of Manchester a IMT. V októbri 2004 skupina publikovala výsledky svojej práce v časopise Science.

Grafen sa skladá z vrstvy uhlíka, ktorého atómy sú usporiadané vo forme dvojdimenzionálnych hexahedrín. Je to ten najtenší materiál na svete a tiež jeden z najodolnejších a najpevnejších. Látka má mnoho potenciálnych použití a je vynikajúcou alternatívou kremíka. Podľa spoločnosti Geim môže byť jednou z prvých aplikácií grafénu vývoj flexibilných dotykových obrazoviek. Nemal patentovaný nový materiál, pretože na to by potreboval určitý rozsah a partnera v tomto odvetví.

Fyzik sa zaoberal vývojom biomimetického lepidla, ktoré sa stalo známym ako gecko páska kvôli priľnavosti gekónových končatín. Tieto štúdie sú stále v počiatočných fázach, ale už dúfajú, že v budúcnosti ľudia budú môcť stúpať stropy, napríklad Spider-Man.

V roku 1997 Geim študoval možnosť účinku magnetizmu na vodu, čo viedlo k slávnemu objaveniu priamej diamagnetické levitácie vody, ktorá sa stala všeobecne známa kvôli preukázaniu vynášajúcej sa žaby. Pracoval tiež na supravodivosti a zaoberal sa mesoskopickou fyzikou.

Pokiaľ ide o výber predmetov jeho výskumu, Geim povedal, že opovrhuje prístup, keď si veľa ľudí vyberie predmet pre svoju doktorandskú prácu, a potom pokračuje v rovnakej téme až do dôchodku. Predtým, ako dostal prvé miesto na plný úväzok, zmenil svoj predmet päťkrát a to mu pomohlo veľa sa naučiť.

V roku 2001 vymenoval spoluautor svojho milovaného škrečka Tishu.

História objavovania grafenu

V jednom z jesenných večerov roku 2002 Andrei Geim špekuloval o uhlíku. Špecializoval sa na mikroskopicky tenké materiály a premýšľal nad tým, ako sa môžu za určitých experimentálnych podmienok správať najjemnejšie vrstvy látky. Grafit pozostávajúci z monatomických filmov bol očividným kandidátom na výskum, ale štandardné metódy izolácie ultrajemných vzoriek by sa prehriali a zničili. Preto Geim inštruoval jedného z nových absolventov, Da Jiang, aby sa pokúsil získať čo najtenšiu vzorku, aspoň niekoľko stoviek vrstiev atómov a leštiť grafitový kryštál s hrúbkou jedného palca. O niekoľko týždňov neskôr Jiang priniesol zrno uhlíka do Petriho misky. Po štúdiu pod mikroskopom ho Geim požiadal, aby skúsil znova. Jiang povedal, že toto je všetko, čo zostalo z kryštálu. V čase, keď ho Geim žartovne vyčítal za skutočnosť, že vysokoškolský študent vymazal horu, aby získal zrnko piesku, jeden z jeho starších druhov videl v odpadkovej nádobe kusy použitého škótka, ktorého lepkajúca strana bola pokrytá sivým, mierne lesklým filmom z grafitových zvyškov.

V laboratóriách na celom svete výskumníci používajú pásky na testovanie adhezívnych vlastností experimentálnych vzoriek. Vrstvy uhlíka, ktoré tvoria grafit, sú voľne spojené (od roku 1564 sa materiál používa v ceruzkách, pretože zanecháva viditeľnú stopu na papieri), takže škótka ľahko oddeľuje váhy. Heim umiestnil pod mikroskop kúsok lepiacej pásky a zistilo, že hrúbka grafitu je menšia ako tá, ktorú zatiaľ videl. Skladaním, stláčaním a oddeľovaním pásky sa podarilo dosiahnuť ešte jemnejších vrstiev.

Geim sa podarilo po prvýkrát izolovať dvojrozmerný materiál: monoatomickú vrstvu uhlíka, ktorá pod atómovým mikroskopom vyzerá ako plochá mriežka šesťuholníkov, ktorá sa podobá na plástové včely. Teoretickí fyzici nazývali takú látku grapén, ale neočakávali, že sa získa pri izbovej teplote. Mysleli si, že materiál padne do mikroskopických gulí. Namiesto toho Geim uvidel, že grafén zostáva v jednej rovine, ktorá sa po stabilizácii látky pokryje vlnami.

Grafen: pozoruhodné vlastnosti

Andrej Geim sa uchýlil k pomoci konštantína Novoselova a začali študovať novú látku štrnásť hodín denne. V nasledujúcich dvoch rokoch uskutočnili sériu experimentov, počas ktorých boli objavené úžasné vlastnosti materiálu. Vzhľadom na svoju jedinečnú štruktúru sa môžu elektróny bez toho, aby zažívali vplyv iných vrstiev, pohybovať okolo roštu bez prekážok a neobvykle rýchleho pohybu. Vodivosť grafenu je tisíckrát vyššia ako meď. Prvým zjavením pre Heima bolo pozorovanie výrazného "poľného efektu", ktoré sa prejavilo v prítomnosti elektrického poľa, ktoré umožňuje kontrolu vodivosti. Tento efekt je jednou z definujúcich vlastností kremíka používaného v počítačových čipoch. To naznačuje, že grafén môže byť náhradou za to, ktoré výrobcovia počítačov hľadajú po mnoho rokov.

Cesta k rozpoznaniu

Game a Constantine Novoselov napísali trojstránkovú prácu popisujúcu ich objavy. Druhý z nich odmietol prieskum, ktorého jeden posudzovateľ uviedol, že izolácia stabilného dvojrozmerného materiálu nie je možná a druhá v ňom nevidí "dostatočný vedecký pokrok". Ale v októbri 2004 bol v časopise Science uverejnený článok s názvom "Vplyv elektrického poľa na uhlíkové filmy s atómovou hrúbkou", čo robí veľký dojem na vedcov - mali fantáziu pred samotnými očami.

Lavína objavov

Laboratóriá na celom svete začali skúmať technológiu Heimovej lepiacej pásky a vedci identifikovali ďalšie vlastnosti grafenu. Hoci to bol ten najtenší materiál vo vesmíre, bol to 150 krát silnejší ako oceľ. Grafen bol pružný, ako kaučuk, a mohol sa roztiahnuť na 120% svojej dĺžky. Vďaka výskumu Philip Kim a neskôr vedcov z Columbijskej univerzity sa zistilo, že tento materiál je ešte elektricky vodivý, než bol predtým založený. Kim umiestnil grafén do vákua, kde žiadny iný materiál nemohol spomaliť pohyb jeho subatomických častíc a ukázal, že má "pohyblivosť" - rýchlosť, ktorou elektrická náboj prechádza cez polovodič - 250 krát väčšia ako rýchlosť kremíka.

Race Technology

V roku 2010, šesť rokov po objave, ktoré urobili Andrei Geim a Konstantin Novoselov, dostali Nobelovu cenu. Potom médiá nazývali graphene "zázračný materiál", látka, ktorá "môže zmeniť svet". Oslovili ho akademickí vedci v oblasti fyziky, elektrotechniky, medicíny, chémie a ďalších. Granáty boli patentované v batériách, flexibilných obrazovkách, odsolovacích systémoch, pokročilých solárnych batériách, ultrarýchlych mikropočítačoch.

Vedci v Číne vytvorili najľahší materiál na svete - grafén-aerogél. Je 7 krát ľahší ako vzduch - jeden kubický meter látky váži len 160 g. Grafenový aerogel sa vytvára zmrazením gélu obsahujúceho grafen a nanotrubičky.

Na univerzite v Manchestri, kde Geim a Novoselov pracujú, britská vláda investovala 60 miliónov dolárov na to, aby vytvorila na svojom základe Národný inštitút Graphene, ktorý by umožnil, aby sa krajina stotožnila s najlepšími svetovými držiteľmi patentov - Kórejskou republikou, Čínou a Spojenými štátmi, ktorá začala závod na vytvorenie prvého Vo svete revolučných produktov založených na novom materiáli.

Čestné tituly a ocenenia

Experiment s magnetickou levitáciou živej žaby nepriniesol presne ten výsledok, ktorý očakávali Michael Berry a Andrei Geim. Cenu Shnobelev im bola udelená v roku 2000.

V roku 2006 získal Geim ocenenie Scientific American 50.

Inštitút fyziky mu v roku 2007 udelil ocenenie Mott a medailu. Zároveň bol Geim zvolený za člena Kráľovskej spoločnosti.

Geim a Novoselov zdieľali cenu Eurofizika 2008 za "objav a izoláciu monatomickej uhlíkovej vrstvy a určenie jej pozoruhodných elektronických vlastností." V roku 2009 získal ocenenie Kerber.

Ďalšie ocenenie Andreja Geima, pomenovaného podľa Johna Cartyho, na ktoré mu v roku 2010 udelila Národná akadémia vied Spojených štátov, dostal "za svoju experimentálnu realizáciu a výskum grafénu, dvojrozmernej formy uhlíka".

Aj v roku 2010 získal jednu zo šiestich honorárnych profesorov Kráľovskej spoločnosti a medailu Hughes "za revolučný objav grafenu a identifikáciu jeho pozoruhodných vlastností." Získal čestné doktorandské tituly z Technickej univerzity v Deltte, Zürichovej vysokej škole technickej, univerzity v Antverpách a Manchesteru.

V roku 2010 sa stal rytierom radu holandského leva za svoj príspevok k holandskej vede. V roku 2012, za svoje služby v oblasti vedy, bol Heym povýšený na bakalár umenia. V máji 2012 bol zvolený za zahraničného korešpondentského člena Akadémie vied Spojených štátov.

Laureátom Nobelovej ceny

Geim a Novoselov pre inovatívneho priekopníckeho grafénu získali v roku 2010 Nobelovu cenu za fyziku. Hovoriac o tomto ocenení, Geim povedal, že tento rok neočakáva, že ho prijme a že na to nemení svoje bezprostredné plány. Moderný vedec-fyzik vyjadril nádej, že grafen a ďalšie dvojrozmerné kryštály zmenia každodenný život ľudstva rovnakým spôsobom ako plast. Ocenenie z neho urobilo prvú osobu, ktorá sa stala zároveň nositeľkou Nobelovej ceny a Shnobelevovej ceny. Prednáška sa konala 8. decembra 2010 na Štokholmskej univerzite.