Sir Andrey Konstantinovich Geim je členom Kráľovskej spoločnosti, členom Univerzity v Manchestri a britsko-holandským fyzikom ruského pôvodu. Spolu s Konstantinom Novoselovom mu v roku 2010 udelili Nobelovu cenu za fyziku za prácu o graféne. V súčasnosti je profesorom Regius a riaditeľom Centra pre mezovedu a nanotechnológiu na Univerzite v Manchestri.
Andrey Geim: biografia
Narodený 21.10.58 v rodine Konstantina Alekseeviča Geima a Niny Nikolaevny Bayerovej. Jeho rodičia boli sovietski inžinieri nemeckého pôvodu. Podľa Geima bola stará mama jeho matky Židovka a on trpel antisemitizmom, pretože jeho priezvisko znie židovsky. Hra má brata Vladislava. V roku 1965 sa jeho rodina presťahovala do Nalčiku, kde študoval na škole so špecializáciou na angličtinu. Po ukončení štúdia s vyznamenaním sa dvakrát pokúsil vstúpiť do MEPhI, ale nebol prijatý. Potom sa prihlásil na Moskovský inštitút fyziky a technológie a tentoraz sa mu podarilo vstúpiť. Podľa nehoŠtudenti sa podľa neho učili veľmi tvrdo – tlak bol taký silný, že ľudia často krachovali a opúšťali štúdium a niektorí skončili s depresiami, schizofréniou a samovraždou.
Akademická kariéra
Andrey Geim získal diplom v roku 1982 av roku 1987 získal doktorát z fyziky kovov na Ústave fyziky pevných látok Ruskej akadémie vied v Černogolovke. Podľa vedca sa v tom čase nechcel uberať týmto smerom, preferoval fyziku elementárnych častíc alebo astrofyziku, no dnes je so svojou voľbou spokojný.
Game pracoval ako výskumník na Inštitúte mikroelektronických technológií Ruskej akadémie vied a od roku 1990 na univerzitách v Nottinghame (dvakrát), Bath a Kodani. Podľa neho by mohol robiť výskum v zahraničí a nezaoberať sa politikou, preto sa rozhodol odísť zo ZSSR.
Práca v Holandsku
Andrey Geim zaujal svoju prvú pozíciu na plný úväzok v roku 1994, keď sa stal odborným asistentom na Univerzite v Nijmegene, kde študoval mezoskopickú supravodivosť. Neskôr dostal holandské občianstvo. Jedným z jeho postgraduálnych študentov bol Konstantin Novoselov, ktorý sa stal jeho hlavným výskumným partnerom. Jeho akademická kariéra v Holandsku však podľa Geima nebola ani zďaleka ružová. Ponúkli mu profesúru v Nijmegene a Eindhovene, no odmietol to, pretože sa mu holandský akademický systém zdal príliš hierarchický a plný drobného politikárčenia, je úplne odlišný od britského, kde sú si všetci zamestnanci rovní v právach. Vo svojej Nobelovej prednáške Game neskôr povedal, že táto situácia bola trochu surrealistická, keďže mimo múrov univerzity ho všade srdečne vítali, vrátane svojho vedúceho a ďalších vedcov.
Sťahujem sa do Spojeného kráľovstva
V roku 2001 sa Game stal profesorom fyziky na Univerzite v Manchestri av roku 2002 bol vymenovaný za riaditeľa Manchesterského centra pre mezovedu a nanotechnológiu a za profesora Langworthyho. Do Manchestru sa ako učiteľka presťahovala aj jeho manželka a dlhoročná spolupracovníčka Irina Grigorieva. Neskôr sa k nim pridal Konstantin Novoselov. Od roku 2007 je Game Senior Fellow v Rade pre výskum inžinierstva a fyziky. V roku 2010 ho Univerzita v Nijmegene vymenovala za profesora inovatívnych materiálov a nanovied.
Výskum
Hra našla jednoduchý spôsob, ako izolovať jednu vrstvu atómov grafitu, známych ako grafén, v spolupráci s vedcami z University of Manchester a IMT. V októbri 2004 skupina zverejnila svoje zistenia v časopise Science.
Grafén sa skladá z vrstvy uhlíka, ktorého atómy sú usporiadané vo forme dvojrozmerných šesťuholníkov. Je to najtenší materiál na svete a zároveň jeden z najpevnejších a najtvrdších. Látka má mnoho potenciálnych použití a je vynikajúcou alternatívou kremíka. Jedným z prvých použití grafénu by mohol byť vývoj flexibilných dotykových obrazoviek, povedal Geim. Nepatentoval si nový materiál, pretože by to vyžadovalo istérozsah a partner v priemysle.
Fyzik vyvíjal biomimetické lepidlo, ktoré sa stalo známym ako gekónová páska kvôli lepkavosti gekónových končatín. Tieto štúdie sú stále v počiatočnom štádiu, ale už teraz dávajú nádej, že v budúcnosti budú ľudia schopní liezť po stropoch ako Spider-Man.
V roku 1997 spoločnosť Game študovala účinky magnetizmu na vodu, čo viedlo k slávnemu objavu priamej diamagnetickej levitácie vody, ktorá sa stala všeobecne známou vďaka demonštrácii levitujúcej žaby. Venoval sa tiež supravodivosti a mezoskopickej fyzike.
Pokiaľ ide o výber predmetov pre svoj výskum, Game povedal, že opovrhuje prístupom mnohých, ktorí si vyberajú predmet na doktorandské štúdium a potom pokračujú v tom istom predmete až do dôchodku. Predtým, ako získal svoju prvú pozíciu na plný úväzok, päťkrát zmenil predmet a pomohlo mu to veľa sa naučiť.
V novinách z roku 2001 menoval svojho milovaného škrečka Tisha ako spoluautora.
História objavenia grafénu
V jeden jesenný večer v roku 2002 Andrey Geim premýšľal o uhlíku. Špecializoval sa na mikroskopicky tenké materiály a premýšľal, ako sa môžu za určitých experimentálnych podmienok správať tie najtenšie vrstvy hmoty. Grafit, zložený z monatomických filmov, bol jasným kandidátom na výskum, ale štandardné metódy izolácie ultratenkých vzoriek by ho prehriali a zničili. Game teda pridelil jedného z nových postgraduálnych študentov Da Jiangovi,pokúste sa získať čo najtenšiu vzorku, dokonca aj niekoľko stoviek vrstiev atómov, vyleštením grafitového kryštálu s veľkosťou jedného palca. O niekoľko týždňov neskôr Jiang priniesol zrnko uhlíka v Petriho miske. Po preskúmaní pod mikroskopom ho Game požiadal, aby to skúsil znova. Jiang povedal, že to bolo všetko, čo zostalo z kryštálu. Zatiaľ čo mu Game žartom vyčítal, že utieral horu, aby získal zrnko piesku, jeden z jeho starších videl v odpadkovom koši zhluky použitej pásky, ktorej lepkavá strana bola pokrytá sivým, mierne lesklým filmom zvyškov grafitu.
V laboratóriách po celom svete výskumníci používajú pásku na testovanie adhéznych 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 lepiaca páska ľahko oddelí šupiny. Game umiestnil kúsok lepiacej pásky pod mikroskop a zistil, že hrúbka grafitu je tenšia, než akú doteraz videl. Skladaním, stláčaním a rozťahovaním pásky sa mu podarilo dosiahnuť ešte tenšie vrstvy.
Hre sa po prvý raz podarilo izolovať dvojrozmerný materiál: monatomickú vrstvu uhlíka, ktorá pod atómovým mikroskopom vyzerá ako plochá mriežka zo šesťuholníkov, pripomínajúca včelí plást. Teoretickí fyzici nazvali takúto látku grafén, no nepredpokladali, že by sa dala získať pri izbovej teplote. Zdalo sa im, že materiál sa rozpadne na mikroskopické guľôčky. Namiesto toho Game videl, že grafén zostal v jednomrovina, ktorá sa vlní, keď sa hmota stabilizuje.
Grafén: pozoruhodné vlastnosti
Andrei Game požiadal o pomoc postgraduálneho študenta Konstantina Novoselova a začali študovať novú látku štrnásť hodín denne. Počas nasledujúcich dvoch rokov uskutočnili sériu experimentov, počas ktorých objavili úžasné vlastnosti materiálu. Vďaka svojej jedinečnej štruktúre sa môžu elektróny bez toho, aby boli ovplyvnené inými vrstvami, pohybovať mriežkou bez prekážok a neobvykle rýchlo. Vodivosť grafénu je tisíckrát väčšia ako vodivosť medi. Prvým odhalením hry bolo pozorovanie výrazného „efektu poľa“, ku ktorému dochádza v prítomnosti elektrického poľa, ktoré umožňuje kontrolu vedenia. Tento efekt je jednou z definujúcich vlastností kremíka používaného v počítačových čipoch. To naznačuje, že grafén by mohol byť náhradou, ktorú výrobcovia počítačov hľadali roky.
Cesta k uznaniu
Game a Konstantin Novoselov napísali trojstranový článok, v ktorom opísali svoje objavy. Príroda ho dvakrát odmietla, pričom jeden recenzent povedal, že izolácia stabilného dvojrozmerného materiálu je nemožná, a ďalší v ňom nevidel „dostatočný vedecký pokrok“. Ale v októbri 2004 bol v časopise Science publikovaný článok s názvom „Efekt elektrického poľa v atómovo silných uhlíkových filmoch“, ktorý na vedcov urobil veľký dojem – pred ich očami sa fantázia stala skutočnosťou.
Lavína objavov
Laboratóriá po celom svete začali s výskumom pomocou techniky lepiacej pásky Geim a vedci identifikovali ďalšie vlastnosti grafénu. Hoci to bol najtenší materiál vo vesmíre, bol 150-krát pevnejší ako oceľ. Ukázalo sa, že grafén je tvárny ako guma a dokáže sa natiahnuť až na 120 % svojej dĺžky. Vďaka výskumu Philipa Kima a potom vedcov z Kolumbijskej univerzity sa zistilo, že tento materiál je ešte viac elektricky vodivý, ako sa doteraz zistilo. Kim umiestnil grafén do vákua, kde žiadny iný materiál nemohol spomaliť pohyb jeho subatomárnych častíc, a ukázal, že má „mobilitu“– rýchlosť, ktorou sa elektrický náboj pohybuje cez polovodič – 250-krát rýchlejšie ako kremík.
Technické preteky
V roku 2010, šesť rokov po objave Andreia Geima a Konstantina Novoselova, im bola napokon udelená Nobelova cena. V tom čase médiá nazývali grafén „zázračným materiálom“, látkou, ktorá „mohla zmeniť svet“. Oslovili ho akademickí výskumníci z oblasti fyziky, elektrotechniky, medicíny, chémie atď. Boli vydané patenty na použitie grafénu v batériách, flexibilných obrazovkách, systémoch odsoľovania vody, pokročilých solárnych článkoch, ultrarýchlych mikropočítačoch.
Vedci v Číne vytvorili najľahší materiál na svete – grafénový aerogél. Je 7-krát ľahší ako vzduch – jeden meter kubický hmoty váži len 160 g Grafénový aerogél vzniká lyofilizáciou gélu obsahujúceho grafén a nanorúrky.
Na univerzitu v Manchestri,kde pracujú Game a Novoselov, britská vláda investovala 60 miliónov dolárov do vytvorenia Národného inštitútu grafénu na jeho základe, čo by krajine umožnilo byť na rovnakej úrovni s najlepšími svetovými držiteľmi patentov – Kóreou, Čínou a Spojenými štátmi, ktoré začali pretekajte vo vytvorení prvých revolučných produktov na svete založených na novom materiáli.
Čestné tituly a ocenenia
Experiment s magnetickou levitáciou živej žaby nepriniesol taký výsledok, aký Michael Berry a Andrey Game očakávali. Ig Nobelova cena im bola udelená v roku 2000
V roku 2006 hra získala ocenenie Scientific American 50.
V roku 2007 mu Fyzikálny ústav udelil Mottovu cenu a medailu. Zároveň bola Game zvolená za člena Kráľovskej spoločnosti.
Game a Novoselov sa podelili o cenu Europhysics za rok 2008 „za objav a izoláciu monatomickej vrstvy uhlíka a určenie jej pozoruhodných elektronických vlastností“. V roku 2009 získal Kerberovu cenu.
Cena Andre Geim John Carthy Award za rok 2010 od Národnej akadémie vied USA bola udelená „za jeho experimentálnu realizáciu a štúdium grafénu, dvojrozmernej formy uhlíka.“
V roku 2010 získal jednu zo šiestich čestných profesúr Kráľovskej spoločnosti a Hughesovu medailu „za revolučný objav grafénu a jeho pozoruhodných vlastností“. Geimovi boli udelené čestné doktoráty z Delft University of Technology, ETH Zurich, UniversityAntverpy a Manchester.
V roku 2010 mu bol udelený Rád holandského leva za prínos pre holandskú vedu. V roku 2012 bola Game za zásluhy o vedu povýšená na slobodných rytierov. V máji 2012 bol zvolený za zahraničného člena korešpondenta Akadémie vied Spojených štátov amerických
nositeľ Nobelovej ceny
Game a Novoselov získali za svoju priekopnícku prácu v oblasti grafénu Nobelovu cenu za fyziku za rok 2010. Keď sa Game o tejto cene dozvedel, neočakával, že ju získa tento rok, a neplánuje meniť svoje bezprostredné plány. Moderný fyzik vyjadril nádej, že grafén a ďalšie dvojrozmerné kryštály zmenia každodenný život ľudstva rovnakým spôsobom ako plast. Toto ocenenie z neho urobilo prvého človeka, ktorý získal Nobelovu cenu aj Ig Nobelovu cenu súčasne. Prednáška sa konala 8. decembra 2010 na Štokholmskej univerzite.
