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 по физика за работата си по графен. Понастоящем той е режисьор и директор на Центъра за мезонология и нанотехнологии в университета в Манчестър.

Андрей Гейм: Биография

Той е роден на 21.10.58 г. в семейството на Константин Алексеевич Гейм и Нина Николаевна Байер. Родителите му са 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 MEPhI, но не беше приет. След това подаде документи на MFTI и този път успя да го направи. Според него, студентите изучават много трудно - напрежението беше толкова силна, че хората често се провалиха и са напуснали училище, а някои завърши 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

Неговата първа позиция на пълен работен ден Андре Гейм спечели през 1994 г., когато той става асистент професор от Университета в Ниймеген, където се фокусира върху мезоскопични свръхпроводимост. По-късно получава холандско гражданство. Един от завършилите студенти е Константин Новоселов, който стана негов основен научен партньор. Въпреки това според Гейм академичната му кариера в Холандия е далеч от безоблачно. Той бе предложена професура в Ниймеген и Айндховен, но той отказа, защото той намери холандската академична система е твърде йерархична и изпълнение на дребни политика, тя е доста сходен с британците, където всеки служител е равно. В своята Нобелова лекция на играта по-късно той заяви, че тази ситуация е малко нереално, защото извън университета посрещнат радушно навсякъде, включително и неговия ръководител, както и други учени.

Преместване в Обединеното кралство

През 2001 г. Гейм става професор по физика в Университета в Манчестър, а през 2002 г. е назначен за директор на Манчестърския център за мезономия и нанотехнологии и професор Лангуърт. Съпругата и неговата дългогодишна съавторка Ирина Григориева също се премества в Манчестър като учител. По-късно към тях се присъедини Константин Новоселов. От 2007 г. 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

Той успя да намери прост начин за изолиране на един слой от графитни атоми, познат 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 е патентовал 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 пряката диамагнитна левитация на вода, което стана широко известно поради демонстрацията на левитиращата жаба. Той също така работи върху свръхпроводимостта и се занимава с мезоскопична физика.

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

През 2001 г. той назовава съавтор на любимия му хамстер Tishu.

Историята на откриването на графен

Една есен вечер през 2002 г. Андре Гейм мислил за въглероден. Специализирал е в микроскопично тънки материали и се чудеше как фините слоеве на материали могат да се държат при определени експериментални условия. Графит, състоящ се от моновалентни филми, беше очевиден кандидат за научни изследвания, но стандартните методи за изолиране на свръхтънки проби ще бъдат прегряват и да го унищожават. Затова Heim инструктирани една от новите завършилият Да Цзян се опита да получи толкова тънък проба, доколкото е възможно, поне няколко стотин атомни слоеве, полиране графит размера на кристала на един инч. Няколко седмици по-късно, Дзян е донесъл въглероден зърно в блюдо на Петри. След това учи под микроскоп Heim го помолих да опитате отново. Цзян каза, че това е всичко останало от кристала. В момент, когато играта шеговито го смъмри, че завършил студент на изтрити планината, за да получите една песъчинка, един от старшите си колеги видях в боклук бучки използвани тиксо, лепкава страна на който е бил покрит със сива, леко лъскав филм на графитни остатъци.

В лабораториите по света изследователите използват лента за тестване на адхезионните свойства на експерименталните проби. Слоевете на въглерод, графит компоненти, свързани слабо (материал и гр. 1564 се използва в моливи, като оставя видим отпечатък върху хартията), така че лентата разделя лесно отпадат. Хейм подложи под микроскоп парче лепяща лента и установи, че дебелината на графита е по-малка от тази, която беше видял досега. Сгъването, изстискването и разрязването на лентата успя да постигне още по-фини слоеве.

Гейм успя 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 ново вещество за 14 часа на ден. През следващите две години те проведоха серия 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 графина е хиляди пъти по-голяма от тази на медта. Първото откровение за Хайм е наблюдението на изразен "полеви ефект", проявяващ се в присъствието на електрическо поле, което позволява да се контролира проводимостта. Този ефект е една от определящите характеристики на силиций, използван 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 написаха тристранична работа, описваща техните открития. Тя бе отхвърлена два пъти от Природата, 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 електрическо поле в въглеродни филми с атомна дебелина", които правят голямо впечатление учените - те са имали фантазия пред очите им, които се превръщат в реалност.

Лавина от открития

Лабораториите по света са започнали изследване, използвайки технологията на Heim за лепило и учените са идентифицирали други свойства на графенът. Въпреки че е най-тънкият материал във Вселената, той е 150 пъти по-силен от стоманата. Графенът беше еластичен като гума и можеше да се простира до 120% от дължината му. Благодарение на изследванията на Филип Ким, а след това и на учените от Колумбийския университет, беше установено, че този материал е още по-електропроводим, отколкото беше създаден преди това. Ким графен поставя в вакуум, където никой друг материал не може да се забави своите движение субатомни частици и показа, че има "мобилността" - скоростта, с която електричен заряд преминава през полупроводника - 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". Сезирана от академични изследователи в областта на физиката, електротехниката, медицина, химия и др. Издадена патенти за използване на графена в батериите, гъвкави екрани, системи за обезсоляване на вода, усъвършенствани слънчеви батерии, ултра бързи микрокомпютри.

Учените в Китай създадоха най-лекия материал в света - графен-аерогел. Тя е 7 пъти по-лека от въздуха - един кубичен метър тежи само 160 грама. Графенният аерогел се създава чрез замразяване на гел, съдържащ графен и нанотръбички.

Университетът в Манчестър, където те работят Гейм и Новоселов, британското правителство е инвестирала 60 милиона долара, за да се създаде въз основа на нея на Националния институт по графен, което ще позволи на страната да бъде наравно с най-добрите световни патенти притежателите - Корея, Китай и Съединените щати, които са започнали на състезанието за създаването на първата в света на революционните продукти, базирани на нов материал.

Почетни титли и награди

Експериментът с магнитната левитация на жива 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 общество.

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.

Друг бонус Андре Гейм, на име Джон Картър, който е удостоен с американската Национална академия на науките през 2010 г., беше даден "за своята експериментална реализация и разследване на графена, двуизмерна форма на въглерода."

Също така през 2010 г. той получи една от шестте почетни професори на Кралското дружество и Хюз медал "за революционно откритие на графена и разкриване на неговите забележителни качества." Game е отличен почетни докторски степени от Delft University технологичен технологичен институт в Цюрих, в Университета на Антверпен и Манчестър.

През 2010 г. става Рицар на Ордена на Холандския лъв за приноса си към холандската наука. През 2012 г., заради услугите си в областта на науката, Geim беше 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 изследвания на графена е удостоен с Нобелова награда за физика през 2010 г., на заседание на наградата Гейм каза, че не очаква да го получи през тази година, и няма да се променят техните бъдещи планове в това отношение. Съвременната физика се надяваше, че графенът и други двуизмерни кристали ще се променят ежедневието на човечеството по същия начин, както направи пластмасата. Наградата го направи първия човек, който по същото време получи статут на носител на Нобелова награда и награда "Шнобелев". Лекцията се проведе на 8 декември 2010 г. в Стокхолмския университет.