Andrey Geim, sodobni znanstvenik fizik: biografija, znanstveni dosežki, nagrade in nagrade

Sir Andrey Konstantinovič Geim je polnopravni član Kraljevske družbe, zaposleni na Univerzi v Manchestru in britansko-nizozemski fizik, rojen v Rusiji. Skupaj s Konstantinom Novoselovim leta 2010 je za svoje delo na grafinu prejel Nobelovo nagrado za fiziko. Trenutno je profesor Regius in direktor Centra za mesonavest in nanotehnologijo Univerze v Manchestru.

Andrey Geim: Biografija

Rodil se je 21.10.58 v družini Konstantin Aleksejevič Geim in Nina Nikolaevna Bayer. Njegovi starši so bili sovjetski inženirji nemškega izvora. Po njegovem mnenju je bila njegova mati babica judovska, in trpel je zaradi antisemitizma, ker njegovo ime zveni judovsko. Ima brata Vladislava. Leta 1965 se je njegova družina preselila v Nalčik, kjer je študiral v šoli, specializirani za angleščino. Po diplomi z odliko je dvakrat poskušal vstopiti v MEPhI, vendar ga ni sprejel. Potem je MFTI predložil dokumente in tokrat je uspel. Po njegovem mnenju so študentje študirali zelo težko - pritisk je bil tako močan, da so se ljudje pogosto zlomili in zapustili šolo, nekateri pa so se končali z depresijo, shizofrenijo in samomorom.

Akademska kariera

Andre Geim je diplomiral leta 1982, leta 1987 pa je postal doktor fizike kovin inštituta za fiziko trdne snovi v Chernogolovka. Po mnenju znanstvenika, medtem ko on ni želel sodelovati v tej smeri, raje fizike osnovnih delcev in astrofizike, danes pa je bil zadovoljen s svojo izbiro.

Geim delal kot znanstveni sodelavec na Inštitutu za mikroelektronike tehnologije v znanosti, od leta 1990 - Univerza v Nottinghamu (dvakrat), Bath in Kopenhagnu. Po njegovem mnenju v tujini lahko opravlja raziskave in se ne sme ukvarjati s politiko, zato se je odločil zapustiti ZSSR.

Delo na Nizozemskem

Njegova prva polnim delovnim časom Andre Geim osvojil leta 1994, ko je postal docent na Univerzi v Nijmegen, kjer se je osredotočil na mezoskopskem superprevodnosti. Kasneje je dobil nizozemsko državljanstvo. Eden od njegovih diplomantov je bil Konstantin Novoselov, ki je postal njegov glavni znanstveni partner. Kljub temu je po njegovem mnenju njegova akademska kariera na Nizozemskem še zdaleč ni bila brez oblakov. Bil je ponudil profesor na Nijmegen in Eindhovnu, a je zavrnil, ker je ugotovil, nizozemski akademski sistem je preveč hierarhično in izvedba nepomembnih politike, je zelo podobna britanski, kjer je vsak zaposleni enaka. V svojem Nobelovo predavanju igre kasneje je dejal, da je to stanje nekoliko nadrealistična, saj zunaj univerze so ga toplo pozdravili povsod, tudi svojega nadzornika in drugih znanstvenikov.

Preselitev v Združeno kraljestvo

Leta 2001 je Geim postal profesor fizike na Univerzi v Manchestru, leta 2002 pa je bil imenovan za direktorja Centra za mesonože in nanotehnologije v Manchestru ter profesorja Langworthyja. Ženska in njegova dolgoletna soavtorka Irina Grigorieva se je preselila v Manchester kot učitelj. Kasneje se jim je pridružil Konstantin Novoselov. Od leta 2007 je Geim postal višji znanstveni sodelavec Sveta za inženiring in fizične raziskave. Leta 2010 ga je Univerza v Nijmegenu imenovala za profesorja inovativnih materialov in nanoznanosti.

Raziskave

Uspelo mu je najti preprost način za izolacijo enega sloja grafitnih atomov, znanega kot grafen, v sodelovanju z znanstveniki iz Univerze v Manchestru in IMT. Oktobra 2004 je skupina objavila rezultate svojega dela v reviji Science.

Grafen sestoji iz plasti ogljika, katere atomi so razporejeni v obliki dvodimenzionalnih heksahedronov. To je najtanjši material na svetu, pa tudi eden najbolj trpežnih in trdnih. Snov ima veliko potencialnih uporab in je odlična alternativa silicijam. Po Geim je ena od prvih aplikacij grafena lahko razvoj prožnih zaslonov na dotik. Novega gradiva ni patentiral, ker bi za to potreboval določen obseg in partner v industriji.

Fizikar se je ukvarjal z razvojem biomimetičnega lepila, ki je postal znan kot gecko trak zaradi lepljivosti gekkojevih okončin. Te študije so še vedno v zgodnjih fazah, vendar že dajejo upanje, da se bodo ljudje v prihodnosti lahko povzpeli na zgornje meje, kot je Spider-Man.

Leta 1997 je Geim preučil možnost učinka magnetizma na vodo, kar je pripeljalo do znamenitega odkritja neposredne diamagnetne levitacije vode, ki je postala znana zaradi demonstracije lebdeče žabe. Delal je tudi na področju superprevodnosti in se ukvarjal z mezoskopsko fiziko.

Glede izbire predmetov svojega raziskovanja je Geim dejal, da je preziral pristop, ko veliko ljudi izbere predmet za doktorsko disertacijo in nato nadaljuje isto temo do upokojitve. Preden je dobil prvo polno delovno mesto, je petkrat spremenil temo in mu pomagal, da se je veliko naučil.

Leta 2001 je imenoval soavtorja njegovega ljubljenega hrčka Tishu.

Zgodovina grafenskega odkritja

V enem od jesenskih večerov leta 2002 je Andrei Geim špekuliral o ogljiku. Specializiral se je za mikroskopsko tanke materiale in se spraševal, kako se lahko v določenih eksperimentalnih pogojih obnašajo najboljše plasti snovi. Grafit, ki je sestavljen iz monovalentno filmov, je bila očitna kandidatka za raziskave, vendar bi se pregrel standardne metode izolacije tankih vzorcev in ga uničil. Zato Heim naročeno enega novega diplomanta Da Jiang poskusite dobiti tako tanek vzorec, če je to mogoče, vsaj nekaj stotine atomskih plasti, poliranje grafit velikost kristala enega palca. Nekaj ​​tednov kasneje je Jiang v petrijevki prinesel zrnca ogljika. Geim je po mikroskopu proučil, da ga poskusi znova. Jiang je rekel, da je to vse, kar je ostalo od kristala. V času ko se je igra mu v šali zapretil, da je podiplomski študent izbrisanih na goro, da bi dobili zrno peska, je eden od njegovih starejših kolegov videli v smeti kepe, ki se uporabljajo selotejp, od katerih je lepljiva stran je bila prekrita s sivo, rahlo svetlečega filma ostankov grafita.

V laboratorijih po svetu raziskovalci uporabljajo trak za testiranje lepilnih lastnosti eksperimentalnih vzorcev. Plasti ogljika, ki tvorijo grafit, so šibko vezane (od leta 1564 se material uporablja v svinčniku, saj pusti vidno sled na papirju), tako da škotja zlahka loči lise. Heim je postavil košček lepilnega traku pod mikroskop in ugotovil, da je bila debelina grafita manjša od tiste, ki jo je do sedaj videl. Zložen, stisnjen in ločen trak je uspel doseči še bolj subtilne plasti.

Geimu je uspelo prvič izolirati dvodimenzionalni material: monoatomsko plast ogljika, ki pod atomskim mikroskopom izgleda kot ravna mreža šesterokotnikov, ki spominja na čebele "satove". Teoretični fiziki so tovrstno substanco imenovali grafena, vendar niso pričakovali, da bi ga dobili pri sobni temperaturi. Mislili so, da bo material padel v mikroskopske kroglice. Namesto tega je Geim videl, da grafen ostane v eni ravnini, ki je obložena z valovi, saj se snov stabilizira.

Grafen: izredne lastnosti

Andrei Geim se je zatekel k študentskemu študentu Konstantinu Novoselovu in začeli študirati novo snov za štirinajst ur na dan. V naslednjih dveh letih so izvedli vrsto eksperimentov, v katerih so odkrili neverjetne lastnosti materiala. Zaradi svoje edinstvene strukture lahko elektroni, ne da bi vplivali na druge plasti, premikali rešetko neovirano in nenavadno hitro. Prevodnost grafena je na tisoče krat večja od bakra. Prvo razodetje Heimu je bilo opazovanje izrazitega "poljskega učinka", ki se kaže v prisotnosti električnega polja, kar omogoča kontrolo prevodnosti. Ta učinek je ena izmed značilnih značilnosti silicija, ki se uporablja v računalniških čipih. To kaže, da je lahko grafen nadomestek, ki ga proizvajalci računalnikov že več let iščejo.

Pot do priznanja

Game in Constantine Novoselov so napisali tri strani dela, ki opisujejo njihova odkritja. Njen dvakrat zavrnil Nature, en recenzent, ki je dejal, da je izolacija stabilne dvodimenzionalne materiala ni mogoča, in drugi, ni videti, da "dovolj znanstveni napredek." Toda v oktobru 2004, članek z naslovom "Vpliv električnega polja na ogljikov atom debela filmov" je bila objavljena v reviji Science, ki je naredil velik vtis na znanstvenike - pred njimi fikcija postane realnost.

Plaz odkritij

Laboratoriji po vsem svetu so začeli študirati z lepilnim trakom tehniko igre, in znanstveniki so ugotovljeni tudi drugi lastnosti grafena. Čeprav je bil najtanjši material v vesolju, je bil 150-krat močnejši od jekla. Grafen je bil elastičen, kot gume, in se je lahko raztegnil na 120% njegove dolžine. Z raziskavami Philip Kim, ki ji sledi znanstveniki na univerzi Columbia, je bilo ugotovljeno, da je ta material bolj električno prevoden kot prej nameščen. Kim Graphene postavljena v vakuum, kjer nobena druga gradiva ni mogoče upočasni svoje gibanje subatomskih delcev in je pokazala, da ima "mobilnost" - hitrost, s katero električni naboj poteka skozi polprevodnik - 250-krat več, kot je silicij.

Race tehnologija

Leta 2010, šest let po odkritju, ki sta ga izdelala Andrey Geim in Konstantin Novoselov, sta še vedno prejeli Nobelovo nagrado. Potem so mediji imenovali grafen "čudežni material", snov, ki "lahko spremeni svet". Njegovi znanstveniki so pristopili na področju fizike, elektrotehnike, medicine, kemije in drugih. Patenti so bili izdani za uporabo grafena v baterijah, prilagodljivi zasloni, sistemi razsoljevanja vode, napredne sončne baterije, ultrabrza mikroračunalniki.

Znanstveniki na Kitajskem so ustvarili najlažji material na svetu - grafen-aerogel. Je 7-krat lažji od zraka - en kubični meter snovi tehta le 160 g. Grafen aerogel nastane z zamrzovanjem gela, ki vsebuje grafen in nanocevke.

Univerza v Manchestru, kjer delajo Geim in Novoselov, britanska vlada je vložila 60 milijonov dolarjev za ustvarjanje na njegovi podlagi Nacionalnega inštituta za grafena, ki bi omogočil državi, da se na par z največjih svetovnih patentnih imetnikov - Koreji, na Kitajskem in v Združenih državah Amerike, ki so začeli na dirki za ustvarjanje prvega v svetu revolucionarnih izdelkov, ki temeljijo na novem materialu.

Častni naslovi in ​​nagrade

Poskus z magnetno levitacijo žive žabe ni prinesel natančnega rezultata, ki ga pričakujejo Michael Berry in Andrei Geim. Nagrado Šnobeleva jim je bila podeljena leta 2000.

Leta 2006 je Geim prejel nagrado Scientific American 50.

Leta 2007 ga je Inštitut za fiziko podelil Mottovemu nagradi in medalji. Obenem je bil Geim izvoljen za člana Kraljeve družbe.

Geim in Novoselov sta podelila nagrado Eurofizike 2008 za odkrivanje in izolacijo monatomskega sloja ogljika in določanje njenih izjemnih elektronskih lastnosti. Leta 2009 je prejel nagrado Kerber.

Še en bonus Andrei Geim, imenovan John Carter, ki je prejel National Academy ZDA znanosti v letu 2010, je bila namenjena "za njegovo poskusno izvedbo in preiskavo plasti grafena, dvodimenzionalna oblika ogljika."

Tudi leta 2010 je prejel enega od šestih častnih profesorjev Kraljevega društva in medalje Hughes "za revolucionarno odkritje grafena in prepoznavanje njegovih izjemnih lastnosti". Imel je častne doktorske diplome iz tehnične univerze Delft, višje tehnične šole v Zürichu, univerz v Antwerpnu in v Manchestru.

Leta 2010 je postal Vitez reda nizozemskega levja za svoj prispevek k nizozemski znanosti. Leta 2012 je bil za svoje storitve v znanosti Geim napredoval v Bachelor of Arts. Leta 2012 je bil izvoljen za člana tujega dopisnika Akademije znanosti Združenih držav Amerike.

Nobelov nagrajenec

Geim in Novoselov za prelomni študiji grafena je bil nagrajen z Nobelovo nagrado za fiziko leta 2010, zaslišanje oddaje, Geim dejal, da ni pričakoval, da ga dobijo v tem letu, in se ne bo spremenilo svoje načrte za prihodnost ob tej priložnosti. Sodobna fizik upali, da bo Graphene in druge dvodimenzionalne kristali spreminjajo vsakdanje življenje človeštva enako kot je to storilo plastike. Nagrada je postala prva oseba, ki je hkrati postala dobitnica Nobelove nagrade in Shnobeleva. Predavanje je potekalo 8. decembra 2010 na Univerzi v Stockholmu.