Андрій гейм, сучасний вчений фізик: біографія, наукові досягнення, нагороди і премії
Сер Андрій Костянтинович Гейм - дійсний член Королівського товариства, співробітник університету Манчестера і британсько-голландський фізик, що народився в Росії. Разом з Костянтином Новоселовим в 2010 р він був удостоєний Нобелівської премії з фізики за його роботи по графену. В даний час є Региус-професором і директором Центру мезонаукі і нанотехнологій університету Манчестера.
Андрій Гейм: біографія
Народився 21.10.58 в сім`ї Костянтина Олексійовича Гейма і Ніни Миколаївни Байєр. Його батьки були радянськими інженерами німецького походження. За словами Гейма, бабуся його матері була єврейкою, і він страждав від антисемітизму, бо його прізвище звучить по-єврейськи. У Гейма є брат Владислав. У 1965 р його сім`я переїхала в м Нальчик, де він навчався в школі, що спеціалізувалася на англійській мові. Закінчивши її з відзнакою, він двічі намагався вступити в МІФІ, але прийнятий не був. Тоді він подав документи в МФТІ, і на це раз йому вдалося вступити. За його словами, студенти вчилися дуже напружено - тиск був настільки сильним, що нерідко люди ламалися і залишали навчання, а деякі закінчували депресією, на шизофренію і самогубством.
академічна кар`єра
Андрій Гейм отримав диплом в 1982 р, а в 1987-му став кандидатом наук в галузі фізики металів Інституту фізики твердого тіла РАН в Черноголовке. За словами вченого, в той час він не хотів займатися цим напрямком, вважаючи за краще фізику елементарних частинок або астрофізику, але сьогодні він задоволений своїм вибором.
Гейм працював науковим співробітником Інституту технологій мікроелектроніки в РАН, а з 1990 року - в університетах Ноттінгема (двічі), Бата і Копенгагена. За його словами, за кордоном він міг займатися дослідженнями, а не мати справи з політикою, тому і вирішив покинути СРСР.
Робота в Нідерландах
Свою першу штатну посаду Андрій Гейм зайняв в 1994 році, коли став доцентом університету Неймегена, де займався мезоскопические надпровідність. Пізніше він отримав голландське громадянство. Одним з його аспірантів був Костянтин Новосьолов, який став його головним науковим партнером. Проте, за словами Гейма, його академічна кар`єра в Нідерландах була далеко не безхмарним. Йому пропонували професуру в Неймегені і Ейндховені, але він відмовився, тому що знайшов голландську академічну систему занадто ієрархічної і виконаної дрібного політиканства, вона зовсім не схожа на британську, де кожен співробітник є рівноправним. У своїй Нобелівській лекції Гейм пізніше сказав, що така ситуація була трохи сюрреалістичною, так як поза стінами університету його тепло зустрічали всюди, в тому числі його науковий керівник і інші вчені.
Переїзд до Великої Британії
У 2001 році Гейм став професором фізики в університеті Манчестера, а в 2002-му був призначений директором Манчестерського центру мезонаукі і нанотехнологій і професором Ленгуорті. Дружина і давній його співавтор Ірина Григор`єва також переїхала в Манчестер в якості викладача. Пізніше до них приєднався Костянтин Новосьолов. З 2007 року Гейм став старшим науковим співробітником Ради з інженерних та фізичним науковим дослідженням. У 2010 р університет Неймегена призначив його професором інноваційних матеріалів і нанонауки.
дослідження
Гейму вдалося знайти простий спосіб ізолювати один шар атомів графіту, відомий як графен, у співпраці з вченими з університету Манчестера і IMT. У жовтні 2004 р група опублікувала результати роботи в журналі Science.
Графен складається з шару вуглецю, атоми якого розташованих у вигляді двовимірних шестигранників. Це найтонший матеріал у світі, а також один з найміцніших і твердих. У речовини є безліч потенційних застосувань, і воно є чудовою альтернативою кремнію. За словами Гейма, одним з перших застосувань графена може стати розробка гнучких сенсорних екранів. Він не запатентував новий матеріал, тому що для цього йому потрібна була б певна область застосування і партнер в промисловості.
Фізик займався розробкою біоміметичні адгезиву, який став відомий як стрічка Гекко через липкості кінцівок гекона. Дані дослідження ще знаходяться на ранніх стадіях, але вже дають надію на те, що в майбутньому люди зможуть підніматися на стелі, як Людина-павук.
У 1997 році Гейм вивчав можливість впливу магнетизму на воду, що призвело до знаменитого відкриття прямої діамагнітної левітації води, яке отримало широку популярність завдяки демонстрації левітірующіе жаби. Також він працював над надпровідність і займався мезоскопічних.
З приводу вибору суб`єктів своїх досліджень Гейм сказав, що він зневажає підхід, коли багато хто вибирає предмет для своєї кандидатської дисертації, а потім продовжують ту ж тему до виходу на пенсію. Перш ніж він отримав першу штатну посаду, він міняв свою тему п`ять разів, і це допомогло йому багато чому навчитися.
У роботі 2001 року він назвав співавтором свого улюбленого хом`ячка Тишу.
Історія відкриття графену
В один з осінніх вечорів 2002 року Андрій Гейм розмірковував про вуглець. Він спеціалізувався на мікроскопічно тонких матеріалах і задавався питанням, як найтонші шари речовини можуть вести себе в певних експериментальних умовах. Графіт, що складається з одноатомних плівок, був очевидним кандидатом для досліджень, але стандартні методи виділення надтонких зразків перегріли б і зруйнували його. Тому Гейм доручив одному з нових аспірантів Так Цзяну спробувати отримати настільки тонкий зразок, наскільки це буде можливо, хоча б в кілька сотень шарів атомів, поліруючи кристал графіту розміром в один дюйм. Кілька тижнів потому Цзян приніс крихту вуглецю в чашці Петрі. Після вивчення її під мікроскопом Гейм попросив його спробувати ще раз. Цзян повідомив, що це все, що залишилося від кристала. У той час, коли Гейм жартома докоряв йому в тому, що аспірант стер гору, щоб отримати піщинку, один з його старших товаришів побачив в сміттєвому кошику грудки використаного скотчу, липка сторона якого була покрита сіркою, злегка блискучою плівкою залишків графіту.
У лабораторіях по всьому світу дослідники використовують стрічку для перевірки адгезійних властивостей експериментальних зразків. Шари вуглецю, що становлять графіт, пов`язані слабо (з 1564 р матеріал використовується в олівцях, так як він залишає видимий слід на папері), так що скотч легко відокремлює лусочки. Гейм помістив шматок клейкої стрічки під мікроскоп і виявив, що товщина графіту була менше, ніж та, яку він бачив до сих пір. Складаючи, стискаючи і роз`єднуючи скотч, він зумів домогтися ще більш тонких шарів.
Гейму вдалося вперше ізолювати двовимірний матеріал: одноатомний шар вуглецю, який під атомним мікроскопом має вигляд плоскої решітки з шестикутників, що нагадує бджолині стільники. Фізики-теоретики називали таку субстанцію графеном, але вони не припускали, що її можна отримати при кімнатній температурі. Їм здавалося, матеріал розпадеться на мікроскопічні кульки. Замість цього Гейм побачив, що графен залишається в одній площині, яка покривається брижами в міру стабілізації речовини.
Графен: чудові властивості
Андрій Гейм вдався до допомоги аспіранта Костянтина Новосьолова, і вони почали по чотирнадцять годин на день вивчати нову речовину. У наступні два роки вони провели серію експериментів, в ході яких були виявлені вражаючі властивості матеріалу. Через його унікальної структури електрони, не відчуваючи вплив інших верств, можуть пересуватися по решітці безперешкодно і надзвичайно швидко. Провідність графена в тисячі разів більше міді. Першим одкровенням для Гейма стало спостереження яскраво вираженого «ефекту поля», який проявляється в присутності електричного поля, яке дозволяє контролювати провідність. Даний ефект є однією з визначальних характеристик кремнію, використовуваного в комп`ютерних чіпах. Це говорить про те, що графен може стати його заміною, яку виробники комп`ютерів шукали протягом багатьох років.
Шлях до визнання
Гейм і Костянтин Новосьолов написали трьохсторінкову роботу з описом своїх відкриттів. Її двічі відхиляв Nature, один рецензент якого заявив, що ізоляція стабільного двовимірного матеріалу неможлива, а інший не побачив в ній «достатнього наукового прогресу». Але в жовтні 2004 р стаття під назвою «Ефект електричного поля в вуглецевих плівках атомарної товщини» була опублікована в журналі Science, зробивши велике враження на вчених - у них на очах фантастика ставала реальністю.
лавина відкриттів
Лабораторії усього світу почали дослідження з використанням техніки клейкої стрічки Гейма, і вчені виявили інші властивості графена. Хоча це був найтонший матеріал у Всесвіті, він був в 150 разів міцніший за сталь. Графен виявився податливим, як гума, і міг розтягуватися до 120% своєї довжини. Завдяки дослідженням Філіпа Кіма, а потім вчених Колумбійського університету було виявлено, що даний матеріал ще більш електропровідний, ніж було встановлено раніше. Кім помістив графен в вакуум, де жоден інший матеріал не міг уповільнити руху його субатомних частинок, і показав, що той має «рухливістю» - швидкістю, з якою електричний заряд проходить через напівпровідник - в 250 разів більшою, ніж у кремнію.
гонка технологій
У 2010 році, через шість років після відкриття, яке зробили Андрій Гейм і Костянтин Новосьолов, Нобелівська премія ім все-таки була вручена. Тоді ЗМІ називали графен «чудо-матеріалом», речовиною, яке, «може змінити світ». До нього звернулися академічні дослідники в галузі фізики, електротехніки, медицини, хімії та ін. Видано патенти на використання графена в акумуляторах, гнучких екранах, системах опріснення води, удосконалених сонячних батареях, надшвидких комп`ютерах.
Вчені в Китаї створили найлегший матеріал у світі - графен-аерогель. Він в 7 разів легший за повітря - один кубометр речовини важить всього 160 г. Графен-аерогель створюється шляхом висушування заморожуванням гелю, що містить графен і нанотрубки.
В університет Манчестера, де працюють Гейм і Новосьолов, британський уряд вклав 60 млн доларів, щоб створити на його базі Національний інститут графена, який би дозволив країні бути нарівні з кращими світовими патентообладателями - Кореєю, Китаєм і Сполученими Штатами, які почали гонку за створенням перших в світі революційних продуктів на основі нового матеріалу.
Почесні звання та нагороди
Експеримент з магнітною левітацією живої жаби приніс не зовсім той результат, який очікували Майкл Беррі і Андрій Гейм. Шнобелівська премія була вручена їм в 2000 р
У 2006 р Гейм отримав нагороду журналу Scientific American 50.
У 2007 р Інститут фізики присудив йому премію і медаль Мотта. Тоді ж Гейма обрали членом Королівського товариства.
Гейм і Новосьолов розділили премію 2008 року «Еврофізіка» «за виявлення і ізоляцію одноатомного шару вуглецю і визначення його чудових електронних властивостей». У 2009 році він отримав нагороду Кербера.
Чергова премія Андрія Гейма, імені Джона Карті, якої він був нагороджений Національною академією наук США в 2010 році, була дана «за його експериментальну реалізацію і дослідження графену, двовимірної форми вуглецю».
Також в 2010 році він отримав одну з шести почесних професорських звань Королівського товариства і медаль Хьюза «за революційне відкриття графену і виявлення його чудових властивостей». Гейм був удостоєний почесних докторських ступенів Делфтського технічного університету, Вищої технічної школи Цюріха, університетів Антверпена і Манчестера.
У 2010 р він став кавалером ордена Нідерландського лева за внесок у голландську науку. У 2012 р за заслуги перед наукою Гейм був проведений в лицарі-бакалаври. Він був обраний іноземним членом-кореспондентом академії наук Сполучених Штатів в травні 2012 р
Нобелівський лауреат
Гейму і Новосьолова за новаторські дослідження графену була присуджена Нобелівська премія з фізики 2010 р Почувши про нагороду, Гейм заявив, що не очікував отримати її в цьому році і не збирається з цього приводу змінювати свої найближчі плани. Сучасний вчений-фізик висловив надію на те, що графен і інші двовимірні кристали змінять повсякденне життя людства так само, як це зробив пластик. Нагорода зробила його першою людиною, який став лауреатом Нобелівської і Шнобелівської премії одночасно. Лекція відбулася 8 грудня 2010 року в Стокгольмському університеті.
