Andrey Geim, moderní vědecký fyzik: biografie, vědecké úspěchy, ceny a ceny

Sir Andrey Konstantinovič Geim je řádným členem Královské společnosti, zaměstnankyně University of Manchester a britsko-nizozemským fyzikem, narozeným v Rusku. Spolu s Konstantinem Novoselovem v roce 2010 získal Nobelovu cenu za fyziku za práci na grafenu. V současné době je profesorem Regius a ředitelem Centra mezonoví a nanotechnologie na Manchesterské univerzitě.

Andrey Geim: Životopis

Narodil se v rodině 21.10.58 Konstantin Geim a Nina Nikolayevna Bayer. Jeho rodiče byli sovětští inženýři německého původu. Podle Heim, babička jeho matky byl žid, a trpěl antisemitismu, protože jeho jméno zní židovský. Má bratra Vladislava. V roce 1965 se jeho rodina přestěhovala do města Nalčik, kde on chodil do školy se specializací v angličtině. Poté, co absolvoval s vyznamenáním, se dvakrát snažil vstoupit do Moskevského inženýrského institutu fyziky, ale nebyl přijat. Poté předal dokumenty MFTI a tentokrát se mu to podařilo. Podle něj studenti studovali velmi těžké - tlak byl tak silný, že lidé často porouchal a opustil školu a někteří skončili s depresí, schizofrenií a sebevraždy.

Akademická kariéra

Andrei Geim získal diplom v roce 1982 a v roce 1987 se stal kandidátem na vědecké pozici v oboru fyziky kovů na Ústavu fyziky pevných látek Ruské akademie věd v Chernogolovce. Podle vědce tehdy nechtěl pokračovat v tomto směru, preferoval fyziku elementárních částic nebo astrofyziky, ale dnes je s jeho volbou spokojen.

Geim pracoval jako vědecký pracovník na Ústavu mikroelektroniky v Ruské akademii věd a od roku 1990 na univerzitách v Nottinghamu dvakrát v Bathu a v Kodani. Podle něj může v zahraničí provádět výzkum a nemusí se zabývat politikou, proto se rozhodl opustit SSSR.

Práce v Nizozemsku

Jeho první full-time pozice Andre Geim získal v roce 1994, kdy se stal asistentem profesora na univerzitě v Nijmegenu, kde se věnoval mesoscopic supravodivosti. Později získal holandské občanství. Jeden z jeho postgraduálních studentů bylo Konstantin Novoselov, který se stal jeho hlavním vědeckým partnerem. Nicméně, podle Geim Jeho akademická kariéra v Nizozemsku ani zdaleka bez mráčku. Mu byla nabídnuta profesura v Nijmegenu a Eindhovenu, ale odmítl, protože zjistil, nizozemský akademický systém je příliš hierarchický a provádění drobných politice, to je docela podobný Britům, kde každý zaměstnanec rovná. V jeho Nobelově přednášce hry později řekl, že tato situace byla trochu absurdní, protože mimo univerzitu byl srdečně vítán všude, včetně svého nadřízeného, ​​a dalších vědců.

Přesun do Velké Británie

V roce 2001 se Geim stal profesorem fyziky na univerzitě v Manchesteru a v roce 2002 byl jmenován ředitelem Střediska pro mesonoscience a nanotechnologii v Manchesteru a profesorem Langworthym. Manželka a jeho dlouholetá spoluautorka Irina Grigorieva se také přestěhovala do Manchesteru jako učitelka. Později se k nim připojil Konstantin Novoselov. Od roku 2007 se Geim stal vedoucím výzkumným pracovníkem Rady pro inženýrství a fyzikální výzkum. V roce 2010 ho univerzita Nijmegen jmenovala profesorem inovativních materiálů a nanověd.

Výzkum

Podařilo se mu najít jednoduchý způsob, jak izolovat jednu vrstvu grafitových atomů, známou jako grafen, ve spolupráci s vědci z Manchesterské univerzity a IMT. V říjnu 2004 skupina zveřejnila výsledky své práce v časopise Science.

Grafen se skládá z vrstvy uhlíku, jejíž atomy jsou uspořádány ve formě dvourozměrných hexaedronů. Je to nejtenčí materiál na světě a také jeden z nejtrvanlivějších a nejpevnějších. Látka má mnoho potenciálních použití a je vynikající alternativou křemíku. Podle Geima může být jedním z prvních aplikací grafenu vývoj flexibilních dotykových obrazovek. Neměl patentovaný nový materiál, protože by potřeboval určitý rozsah a partner v tomto odvětví.

Fyzik se zabýval vývojem biomimetického lepidla, které se stalo známou jako gecko páska kvůli přilnavosti gekonových končetin. Tyto studie jsou ještě v počáteční fázi, ale již dávají naději, že v budoucnu budou lidé moci stoupat stropy, jako je Spider-Man.

V roce 1997 Geim studoval možnost účinků magnetismu na vodu, což vedlo k slavnému objevu přímé diamagnetické levitace vody, která se stala široce známou díky demonstraci levitující žáby. Pracoval také na supravodivosti a zabýval se mezoskopickou fyzikou.

Pokud jde o výběr předmětů svého výzkumu, Geim uvedl, že opovrhuje přístup, když mnoho lidí zvolí předmět pro svou doktorskou práci, a pak pokračuje ve stejném tématu až do odchodu do důchodu. Předtím, než získal první místo na plný úvazek, změnil svůj předmět pětkrát a pomohl mu, aby se hodně naučil.

V roce 2001 jmenoval spoluautora svého milovaného křečka Tishua.

Historie objevu graphenu

V jednom z podzimních večerů roku 2002 Andrej Geim spekuloval o uhlíku. Specializoval se na mikroskopicky tenké materiály a přemýšlel, jak se nejprohnanější vrstev materiálů se mohou chovat za určitých experimentálních podmínkách. Grafit, který se skládá z jednomocného filmů, byl jasným kandidátem pro výzkum, ale standardní metody izolace vzorků ultratenkých by dojít k jeho přehřátí a zničil. Proto Heim instruoval jeden z nových absolventa Ano Jiang pokusit se dostat tak tenký vzorek, pokud je to možné, alespoň několik set atomových vrstev, leštění grafit velikost krystalů o jeden palec. O několik týdnů později přivezl Jiang zrno uhlíku do Petriho misky. Po zkoumání pod mikroskopem ho Geim požádal, aby to zkusil znovu. Jiang řekl, že toto je vše, co z krystalu zbylo. V době, kdy se hra mu žertem pokáral, že doktorand vymazal horu dostat zrnko písku, jednoho ze svých starších kolegů viděl v odpadkových hrudek používaných lepicí páska, Lepicí strana, která byla pokrytá šedým, mírně lesklý film zbytků grafitu.

V laboratořích po celém světě výzkumníci používají pásky k otestování adhezivních vlastností experimentálních vzorků. Vrstvy uhlíku, které tvoří grafit, jsou slabě vázány (od roku 1564 se materiál používá v tužkách, protože zanechává na papíře viditelnou stopu), takže škótka snadno odděluje váhy. Heim položil pod mikroskopem kus lepicí pásky a zjistil, že tloušťka grafitu je menší než to, co dosud viděl. Sklápění, stlačení a oddělení pásky dokázalo dosáhnout ještě jemnějších vrstev.

Geim se podařilo poprvé izolovat dvourozměrný materiál: monoatomickou vrstvu uhlíku, která pod atomovým mikroskopem vypadá jako plochá mřížka hexagonů připomínající včelí plástve. Teoretickí fyzici nazývali takovou látku grafen, ale neočekávali, že by se získala při pokojové teplotě. Mysleli si, že materiál padne do mikroskopických koulí. Místo toho Geim viděl, že grafen zůstává v jedné rovině, která je pokrytá vlnami, jak se látka stabilizuje.

Grafen: pozoruhodné vlastnosti

Andrej Geim se uchýlil k pomoci postgraduálního studenta Konstantina Novoselova a začali studovat novou látku čtrnáct hodin denně. V příštích dvou letech provedli řadu experimentů, během kterých byly objeveny úžasné vlastnosti materiálu. Díky své jedinečné struktuře mohou elektrony bez vlivu jiných vrstev pohybovat kolem roštu neomezeně a neobvykle rychle. Vodivost graphenu je tisíckrát větší než měď. První odhalení pro Heima bylo pozorování výrazného "terénního efektu", které se projevilo v přítomnosti elektrického pole, které umožňuje kontrolu vodivosti. Tento efekt je jednou z definujících vlastností křemíku používaného v počítačových čipích. To naznačuje, že grafen může být náhradou za to, kterou výrobci počítačů hledali po mnoho let.

Cesta k rozpoznání

Hra a Constantine Novoselov napsali třístránkovou práci popisující jejich objevy. Ji dvakrát zamítnuta Nature, jeden recenzent, který řekl, že izolace stabilního dvourozměrného materiálu není možné, a druhý to neviděl „dostatečný vědecký pokrok.“ Ale v říjnu 2004 článek s názvem „Vliv elektrického pole ve filmech atomů uhlíku o tloušťce“ byl publikován v časopise Science, který učinil velký dojem na vědce - před nimi fikce se stává realitou.

Lavina objevů

Laboratoře po celém světě začaly studovat pomocí lepicí pásky techniku ​​hry, a vědci identifikovali jiné vlastnosti grafenu. I když bylo nejtenčí materiál ve vesmíru, byl 150 krát silnější než ocel. Grafen byl pružný, jako pryž, a mohl se protáhnout na 120% své délky. Prostřednictvím výzkumu Philipa Kim, následovaný vědci z Columbia University, bylo zjištěno, že tento materiál je více elektricky vodivé než dříve nainstalován. Kim grafenu umístí do vakua, kde by žádný jiný materiál, který není zpomalení jeho pohybu subatomární částice, a ukázal, že má „mobilitu“ - rychlost, kterou elektrický náboj prochází polovodiče - 250 krát větší, než je z křemíku.

Race Technology

V roce 2010, šest let po objevu, které provedli Andrey Geim a Konstantin Novoselov, získala Nobelovu cenu. Média pak nazývají graphene "zázračný materiál", látka, která "může změnit svět". Oslovili ho akademičtí vědci z oblasti fyziky, elektrotechniky, medicíny, chemie a dalších. Patenty byly vydány pro použití graphenu v bateriích, flexibilní obrazovky, systémy odsolování vody, pokročilé solární baterie, ultrarychlé mikropočítače.

Vědci z Číny vytvořili nejlehčí materiál na světě - grafen-aerogel. Je sedmkrát lehčí než vzduch - jeden kubický metr látky váží pouze 160 g. Grafenový aerogel je tvořen zmrazením gelu obsahujícího grafen a nanotrubky.

The University of Manchester, kde pracují Geim a Novoselov, britská vláda investovala 60 milionů dolarů vytvořit na jeho základě National Institute of grafenu, což by umožnilo, aby země být na stejné úrovni s nejlepších světových držitelů patentů - Koreji, Číně a ve Spojených státech, kteří začali závod na vytvoření první ve světě revolučních výrobků založených na novém materiálu.

Čestné tituly a ceny

Experiment s magnetickým levitátem živé žáby přinesl ne přesně očekávaný výsledek Michael Berry a Andrei Geim. V roce 2000 jim byla udělena Shnobelevova cena.

V roce 2006 získal Geim ocenění Scientific American 50.

V roce 2007 mu Ústav fyziky získal ocenění Mott a medaili. Současně byl Geim zvolen členem královské společnosti.

Geim a Novoselov sdíleli ocenění Eurofizika za rok 2008 za objev a izolaci monatomické vrstvy uhlíku a stanovení jeho pozoruhodných elektronických vlastností. V roce 2009 získal ocenění Kerber.

Dalším bonusem Andre Geim, pojmenovaný John Carter, který byl vyznamenán americkou Národní akademie věd v roce 2010, byl dán „pro jeho experimentální realizace a vyšetřování grafenu, dvojrozměrný forma uhlíku.“

Také v roce 2010 získal jednu ze šesti čestných profesorem na Royal Society a Hughes medaili „za revoluční objev grafenu a odhalovat své pozoruhodné vlastnosti.“ Získal čestné doktorské tituly od Technické univerzity Delft, Zurichské vysoké školy technické, univerzit v Antverpách a Manchesteru.

V roce 2010 se stal rytířem řádu Nizozemského lva za svůj příspěvek k holandské vědě. V roce 2012 byl Geim pro své vědecké služby povýšen na bakalářské umění. V květnu 2012 byl zvolen zahraničním zpravodajským členem Akademie věd Spojených států.

Laureát Nobelovy ceny

Geim a Novoselov za průkopnický výzkum grafenu byla udělena Nobelova cena za fyziku v roce 2010, jednání o udělení, Geim řekl, že neočekával, že si to tento rok, a nebude měnit své plány do budoucna v tomto ohledu. Moderní vědec-fyzik vyjádřil naději, že grafen a další dvourozměrné krystaly změní každodenní život lidstva stejným způsobem jako plast. Cenou se stala prvním člověkem, který se stal zároveň nositelem Nobelovy ceny a Shnobelevovy ceny. Přednáška se konala 8. prosince 2010 na univerzitě ve Stockholmu.