Андрей Гейм, модерен физик учен: биография, научни постижения, награди и награди

Сър Андрей Константинович Гейм е пълноправен член на Кралското дружество, служител на Университета в Манчестър и британски-холандски физик, роден в Русия. Заедно с Константин Новоселов през 2010 г. получава наградата "Нобелова награда за физика" за работата си по графен. Понастоящем той е режисьор и директор на Центъра за мезономични науки и нанотехнологии в университета в Манчестър.

Андрей Гейм: Биография

Роден на 21.10.58 г. в семейството на Константин Алексеевич Гейм и Нина Николаевна Байер. Родителите му бяха съветски инженери от немски произход. Според Гейм бабата на майка му е еврейка и той страда от антисемитизъм, защото името му звучи еврейско. Той има брат Владислав. През 1965 г. семейството му се премества в Налчик, където учи в училище, специализирано в английски. След като завършва с отличие, два пъти се опитва да влезе в MEPI, но не беше приет. След това подаде документи на MIPT и този път успя да го направи. Според него студентите изучаваха много трудно - натискът беше толкова силен, че хората често се счупиха и напуснаха училище, а някои завършиха с депресия, шизофрения и самоубийство.

Академична кариера

Андрей Гейм получава дипломата си през 1982 г., а през 1987 г. става кандидат за наука в областта на физиката на металите в Института по физика на твърдото тяло на Руската академия на науките в Черноголовка. Според учения, по това време той не искаше да преследва тази посока, предпочитайки физиката на елементарните частици или астрофизиката, но днес той е доволен от избора си.

Гейм работи като научен сътрудник в Института по микроелектроника в Руската академия на науките, а от 1990 г. - в университетите в Нотингам (два пъти), Бат и Копенхаген. Според него, в чужбина той може да прави изследвания и да не се занимава с политика, затова реши да напусне СССР.

Работа в Холандия

Първата му позиция на пълно работно време, Андрей Гейм, става през 1994 г., когато става доцент в университета в Ниймеген, където се занимава с мезоскопична свръхпроводимост. По-късно получава холандско гражданство. Един от завършващите му студенти е Константин Новоселов, който стана негов основен научен партньор. Въпреки това, според Гейм, неговата академична кариера в Холандия е далеч от безоблачно. На него му бяха предложени професори в Ниймеген и Айндховен, но той отказа, защото намери холандската академична система твърде йерархична и изпълнена с дребни политики, тя е напълно различна от британската, където всеки служител има равни права. В своята лекция по Нобелова нация Хюм по-късно каза, че тази ситуация е малко сюрреалистична, тъй като извън университета той е бил топло приветстван навсякъде, включително неговия ръководител и други учени.

Преместване в Обединеното кралство

През 2001 г. Хайм става професор по физика в университета в Манчестър, а през 2002 г. е назначен за директор на Манчестърския център за мезономични науки и нанотехнологии и професор Лангуърт. Съпругата и дългогодишната му съавтор Ирина Григориева също се премества в Манчестър като учител. По-късно към тях се присъедини Константин Новоселов. От 2007 г. насам Гейм стана старши научен сътрудник на Съвета за инженерни и физически изследвания. През 2010 г. Университетът в Ниймеген го е назначил за професор по иновативни материали и нанонауки.

изследване

Гейм успя да намери прост начин за изолиране на един слой графитни атоми, известен като графен, в сътрудничество с учени от университета в Манчестър и IMT. През октомври 2004 г. групата публикува резултатите от работата си в списание Science.

Графенът се състои от слой от въглерод, чиито атоми са подредени под формата на двуизмерни хексахедрони. Това е най-тънкият материал в света, а също и един от най-трайните и здрави. Веществото има много потенциални приложения и е отлична алтернатива на силиций. Според Geim, едно от първите приложения на графена може да бъде разработването на гъвкави сензорни екрани. Той не патентова новия материал, защото за това той ще се нуждае от определен обхват и партньор в индустрията.

Физикът се занимавал с разработването на биомиметично лепило, което стана известно като геко-лента поради слепването на крайниците на гекока. Тези изследвания са все още в ранните етапи, но те вече дават надежда, че в бъдеще хората ще могат да се катерят по таваните, като Spider-Man.

През 1997 г. Гейм изследва възможността за ефекта на магнетизма върху водата, което доведе до известното откритие на директна диамагнитна левитация на вода, което беше широко известно за демонстриране на левитиращата жаба. Той също така работи върху свръхпроводимостта и се занимава с мезоскопична физика.

Що се отнася до избора на предметите на неговото изследване, Гейм каза, че той презря подхода, когато много хора избират темата за докторска дисертация, и след това продължават същата тема до пенсиониране. Преди да получи първия си редовен пост, той си промени пет субекти и това му помогна да научи много.

През 2001 г. той е написал съавтор на любимия му хамстер Tishu.

Историята на откриването на графен

В една от есенните вечери на 2002 г. Андрей Гейм спекулира за въглерод. Той се специализира в микроскопични тънки материали и се зачуди как най-добрите слоеве на материята могат да се държат при определени експериментални условия. Графитът, състоящ се от моноатомични филми, е очевиден кандидат за изследване, но стандартните методи за изолиране на ултрафините проби биха прегрявали и унищожили. Следователно, Гейм инструктира един от новите дипломирали се студенти, Да Джиянг, да се опита да получи възможно най-малък образец, поне няколкостотин слоя атоми, като полира графитов кристал с дебелина 1 инч. Няколко седмици по-късно Джиянг донесе зърно в петриево ястие. След като го изучаваше под микроскоп, Гейм го помолил да опита отново. Цзян каза, че това е всичко останало от кристала. Във време, когато Джим шеговито го упрекна за факта, че студентът е изтрил планината, за да получи пясък, един от неговите по-стари другари видял в боклук купчина буци от използван шотт, чиято лепкава страна била покрита със сив, леко лъскав филм от графитни остатъци.

В лабораториите по света изследователите използват лентата за тестване на адхезионните свойства на експерименталните проби. Слоевете от въглерод, които съставляват графита, са свободно свързани (от 1564 г. материалът се използва в моливи, тъй като оставя видима следа върху хартията), така че шотландчето лесно да отделя везните. Хейм подложи под микроскоп парче лепяща лента и установи, че дебелината на графита е по-малка от тази, която е виждал до този момент. Сгъването, изстискването и разрязването на лентата успя да постигне още по-фини слоеве.

Гейм успява да изолира за първи път двуизмерен материал: моноатомен слой от въглерод, който под атомния микроскоп изглежда като плоска решетка от шестоъгълници, приличаща на пчелни медени пчели. Теоретичните физици наричат такава субстанция графен, но не очакваха да се получи при стайна температура. Мислеха, че материалът ще попадне в микроскопични топки. Вместо това Гейм видял, че графенът остава в една равнина, която се покрива с вълни, докато веществото се стабилизира.

Графен: забележителни свойства

Андрей Гейм прибягна до помощта на завършил студент Константин Новоселов и започна да изследва новото вещество четиринадесет часа на ден. През следващите две години те проведоха поредица от експерименти, през които бяха открити невероятни свойства на материала. Поради уникалната си структура, електроните, без да изпитват влиянието на други слоеве, могат да се движат около решетката безпрепятствено и необичайно бързо. Проводимостта на графен е хиляди пъти по-голяма от тази на медта. Първото откровение за Хайм е наблюдението на изразен "полеви ефект", проявяван в присъствието на електрическо поле, което позволява да се контролира проводимостта. Този ефект е една от характеристиките на силиций, използвани в компютърните чипове. Това предполага, че графенът може да бъде заместител за него, който производителите на компютри търсят от много години.

Пътят към признанието

Game и Константин Новоселов написват три страници, описващи техните открития. Тя бе отхвърлена два пъти от "Природа", един рецензент от който заяви, че изолирането на стабилен двуизмерен материал е невъзможно, а другото не вижда в него "достатъчен научен прогрес". Но през октомври 2004 г. в списанието "Наука" е публикувана статия, озаглавена "Ефектът на електричното поле в въглеродни филми с атомна дебелина", които правят голямо впечатление учените - те са имали фантазия пред очите си.

Лавина от открития

Лабораториите по света са започнали изследване, използвайки технологията за залепващи ленти на Heim, а учените са идентифицирали други свойства на графен. Въпреки че е най-тънкият материал във Вселената, той е 150 пъти по-силен от стоманата. Графенът е еластичен като гума и може да се простира до 120% от дължината му. Благодарение на изследванията на Филип Ким и след това на учени от Колумбийския университет, беше установено, че този материал е още по-електропроводим, отколкото беше създаден преди това. Ким постави графен във вакуум, където никакъв друг материал не може да забави движението на неговите частици и показа, че има "мобилност" - скоростта, с която електрически заряд преминава през полупроводник - 250 пъти по-голяма от тази на силиций.

Race Technology

През 2010 г., шест години след откритието, направено от Андрей Гейм и Константин Новоселов, те все още получиха Нобеловата награда. Тогава медиите наричат графен "чудотворен материал" - вещество, което "може да промени света". Той е бил привлечен от академични изследователи в областта на физиката, електротехниката, медицината, химията и др. Гранатите са патентовани в батерии, гъвкави екрани, системи за обезсоляване, усъвършенствани слънчеви батерии, ултра бързи микрокомпютри.

Учените в Китай създадоха най-лекия материал в света - графен-аерогел. Той е 7 пъти по-лек от въздуха - един кубичен метър от веществото тежи само 160 грама. Графеновият аерогел се създава чрез замразяване на гел, съдържащ графен и нанотръби.

В университета в Манчестър, където работят Гейм и Новоселов, британското правителство инвестира 60 милиона долара, за да създаде на базата си Националния институт по графен, който ще позволи на страната да бъде на същото място с най-добрите патентни представители в света - Корея, Китай и Съединените щати, които започнаха състезанието за създаването на първия В един свят на революционни продукти, базирани на нов материал.

Почетни заглавия и награди

Експериментът с магнитната левитация на живата жаба не донесе точно резултата, очакван от Майкъл Бери и Андрей Гейм. Наградата "Шнобелев" им бе присъдена през 2000 г.

През 2006 г. Geim получи наградата Scientific American 50.

През 2007 г. Институтът по физика му връчи наградата "Мот" и медал. В същото време Гейм е избран за член на Кралското дружество.

Гейм и Новоселов споделиха наградата "Eurofizika 2008" за откриването и изолирането на моноатомен въглероден слой и определянето на забележителните му електронни свойства. През 2009 г. получава наградата на Кербер.

Следващата награда на Андрю Гейм, кръстена на Джон Карли, на която е присъдена през 2010 г. от Националната академия на науките на Съединените щати, бе дадена "за експерименталната си реализация и изследване на графен - двумерна форма на въглерод".

През 2010 г. той получи една от шестте почетни професора на Кралското общество и медал на Хюз за "революционното откриване на графен и идентифицирането на забележителните му качества". Той е удостоен с почетните докторски степени от Техническия университет в Делфт, Висшето техническо училище в Цюрих, университетите в Антверпен и Манчестър.

През 2010 г. става рицар на Ордена на Холандския лъв за приноса си към холандската наука. През 2012 г. за услугите си в областта на науката, Хейм е повишен в бакалавърската степен на изкуствата. През май 2012 г. е избран за чуждестранен кореспондент на Американската академия на науките.

Нобелов лауреат

Гейм и Новоселов за новаторски пионерски графен получиха Нобеловата награда по физика през 2010 г. Слушайки за наградата, Гейм заяви, че не очаква да го получи тази година и няма да промени незабавните си планове за това. Съвременният учен-физик изрази надежда, че графенът и другите двуизмерни кристали ще променят ежедневния живот на човечеството по същия начин, както пластмасата. Наградата го накара да стане носител на Нобелова награда и награда "Шнобелев" едновременно. Лекцията се проведе на 8 декември 2010 г. в Стокхолмския университет.