Sir Andrej Konstantinovics Geim a Royal Society tagja, a Manchesteri Egyetem munkatársa és orosz származású brit-holland fizikus. Konstantin Novoselovval együtt 2010-ben fizikai Nobel-díjat kapott a grafénnal kapcsolatos munkájáért. Jelenleg Regius professzor és a Manchesteri Egyetem Mezotudományi és Nanotechnológiai Központjának igazgatója.
Andrey Geim: életrajz
58.10.21-én született Konstantin Alekseevich Geim és Nina Nikolaevna Bayer családjában. Szülei német származású szovjet mérnökök voltak. Geim szerint édesanyja nagymamája zsidó volt, és antiszemitizmusban szenvedett, mert vezetékneve zsidónak hangzik. A játéknak van egy testvére, Vladislav. 1965-ben családja Nalcsikba költözött, ahol egy angol nyelvre szakosodott iskolában tanult. Miután kitüntetéssel végzett, kétszer is megpróbált bejutni a MEPhI-be, de nem vették fel. Aztán jelentkezett a Moszkvai Fizikai és Technológiai Intézetbe, és ezúttal sikerült bejutnia. SzerinteElmondása szerint a diákok nagyon keményen tanultak – a nyomás olyan erős volt, hogy az emberek gyakran összeomlottak és otthagyták tanulmányaikat, és néhányan depresszióval, skizofréniával és öngyilkossággal végződtek.
Akadémiai karrier
Andrey Geim 1982-ben szerzett diplomát, majd 1987-ben PhD fokozatot szerzett fémfizikából az Orosz Tudományos Akadémia Szilárdtestfizikai Intézetében, Csernogolovkában. A tudós elmondása szerint akkoriban nem ezt az irányt akarta követni, inkább az elemi részecskefizikát vagy az asztrofizikát választotta, de ma már elégedett a választásával.
Game kutatóként dolgozott az Orosz Tudományos Akadémia Mikroelektronikai Technológiai Intézetében, majd 1990 óta a Nottinghami Egyetemen (kétszer), a Bath-i és a Koppenhágai Egyetemen. Szerinte külföldön tudna kutatni, nem politikával foglalkozni, ezért döntött úgy, hogy elhagyja a Szovjetuniót.
Hollandiában dolgozom
Andrey Geim 1994-ben fogl alta el első teljes munkaidős állását, amikor a Nijmegeni Egyetem adjunktusa lett, ahol mezoszkópikus szupravezetést tanult. Később megkapta a holland állampolgárságot. Egyik végzős hallgatója Konstantin Novoselov volt, aki fő kutatópartnere lett. Geim szerint azonban akadémiai karrierje Hollandiában korántsem volt rózsás. Felajánlottak neki professzori állást Nijmegenben és Eindhovenben, de ezt visszautasította, mert túl hierarchikusnak és kicsinyes politizálással teli holland akadémiai rendszert talált, teljesen más, mint a brit, ahol minden alkalmazott egyenlő jogokkal jár. Game később Nobel-előadásában azt mondta, hogy ez a helyzet kissé szürreális volt, mivel az egyetem falain kívül mindenhol szeretettel fogadták, beleértve a témavezetőjét és a többi tudóst is.
Költözés az Egyesült Királyságba
2001-ben Game a Manchesteri Egyetem fizikaprofesszora lett, 2002-ben pedig a Manchesteri Mezotudományi és Nanotechnológiai Központ igazgatójává és Langworthy professzorrá nevezték ki. Felesége és régi munkatársa, Irina Grigorjeva szintén Manchesterbe költözött tanárként. Később Konstantin Novoselov csatlakozott hozzájuk. 2007 óta Game a Mérnöki és Fizikai Tudományok Kutatói Tanácsának főmunkatársa. 2010-ben a Nijmegeni Egyetem az innovatív anyagok és nanotudomány professzorává nevezte ki.
Kutatás
A Game a Manchesteri Egyetem és az IMT tudósaival együttműködve egyszerű módszert talált a grafitatomok egyetlen rétegének, a grafénnek az elkülönítésére. 2004 októberében a csoport közzétette eredményeiket a Science folyóiratban.
A grafén egy szénrétegből áll, amelynek atomjai kétdimenziós hatszögek formájában helyezkednek el. Ez a világ legvékonyabb anyaga, valamint az egyik legerősebb és legkeményebb anyag. Az anyagnak számos felhasználási lehetősége van, és kiváló alternatívája a szilíciumnak. A grafén egyik első felhasználási módja a rugalmas érintőképernyők fejlesztése lehet, mondta Geim. Nem szabadalmaztatta az új anyagot, mert ahhoz bizonyosra lenne szükséghatókör és partner az iparban.
A fizikus egy biomimetikus ragasztót fejlesztett ki, amely a gekkó végtagjainak ragadóssága miatt gekkószalag néven vált ismertté. Ezek a tanulmányok még csak a kezdeti szakaszban járnak, de már most reményt adnak, hogy a jövőben az emberek képesek lesznek megmászni a mennyezeteket, mint a Pókember.
1997-ben a Game a mágnesesség vízre gyakorolt hatásait tanulmányozta, ami a víz közvetlen diamágneses levitációjának híres felfedezéséhez vezetett, amely egy lebegő béka bemutatása révén vált széles körben ismertté. A szupravezetéssel és a mezoszkópikus fizikával is foglalkozott.
A kutatása tárgyainak kiválasztásával kapcsolatban Game azt mondta, megveti azt a megközelítést, hogy sokan választanak tárgyat doktori fokozatuk megszerzésére, majd nyugdíjazásig folytatják ugyanazt a témát. Mielőtt megkapta első teljes munkaidős állását, ötször témát váltott, és ez sokat segített neki a tanulásban.
Egy 2001-es újságban szeretett hörcsögét, Tishát nevezte meg társszerzőnek.
A grafén felfedezésének története
Egy őszi estén 2002-ben Andrey Geim a szén-dioxidon gondolkodott. A mikroszkopikusan vékony anyagokra specializálódott, és azon töprengett, hogyan viselkedhetnek bizonyos kísérleti körülmények között a legvékonyabb anyagrétegek. A monoatomikus filmekből álló grafit nyilvánvaló jelölt volt a kutatás számára, de az ultravékony minták izolálására szolgáló szabványos módszerek túlhevülnek és tönkreteszik azt. Így Game kijelölte az egyik új végzős hallgatót, Da Jiangot,egy hüvelyk méretű grafitkristály polírozásával próbáljon minél vékonyabb, akár néhány száz atomrétegű mintát készíteni. Néhány héttel később Jiang egy szem szenet hozott egy Petri-csészébe. Miután mikroszkóp alatt megvizsgálta, Game megkérte, hogy próbálkozzon újra. Jiang azt mondta, hogy csak ez maradt a kristályból. Míg Game tréfásan szemrehányást tett neki, amiért letörölt egy hegyet, hogy homokszemet kapjon, az egyik idős diákja használt szalagcsomókat látott a szemeteskosárban, amelynek ragacsos oldalát szürke, enyhén fényes grafitmaradvány borította.
A világ laboratóriumaiban a kutatók szalagot használnak a kísérleti minták tapadási tulajdonságainak tesztelésére. A grafitot alkotó szénrétegek lazán össze vannak kötve (1564-től ceruzában használják az anyagot, mivel jól látható nyomot hagy a papíron), így a ragasztószalag könnyen leválasztja a pikkelyeket. Game egy darab ragasztószalagot helyezett mikroszkóp alá, és megállapította, hogy a grafit vastagsága vékonyabb, mint amit eddig látott. A szalag összehajtásával, összenyomásával és széthúzásával még vékonyabb rétegeket sikerült elérnie.
A játéknak először sikerült elkülönítenie egy kétdimenziós anyagot: egy monoatomi szénréteget, amely atommikroszkóp alatt hatszögek lapos rácsának tűnik, méhsejtre emlékeztet. Az elméleti fizikusok egy ilyen anyagot grafénnek neveztek, de nem feltételezték, hogy szobahőmérsékleten elő lehet állítani. Úgy tűnt számukra, hogy az anyag mikroszkopikus golyókká fog szétesni. Ehelyett Game azt látta, hogy a grafén egyben maradtsík, amely hullámzik, ahogy az anyag stabilizálódik.
Grafén: figyelemre méltó tulajdonságok
Andrei Game Konstantin Novoselov végzős hallgató segítségét kérte, és napi tizennégy órában elkezdtek tanulmányozni egy új anyagot. A következő két évben kísérletsorozatot végeztek, melynek során felfedezték az anyag elképesztő tulajdonságait. Egyedülálló szerkezete miatt az elektronok anélkül, hogy más rétegek befolyásolnák őket, akadálytalanul és szokatlanul gyorsan tudnak áthaladni a rácson. A grafén vezetőképessége ezerszer nagyobb, mint a rézé. A Game első felfedezése egy kifejezett "mezőhatás" volt, amely elektromos tér jelenlétében lép fel, ami lehetővé teszi a vezetés szabályozását. Ez a hatás a számítógépes chipekben használt szilícium egyik meghatározó jellemzője. Ez arra utal, hogy a grafén helyettesítheti azt, amit a számítógépgyártók évek óta keresnek.
Út az elismeréshez
Game és Konsztantyin Novoselov írt egy háromoldalas tanulmányt, amelyben leírják felfedezéseiket. A Nature kétszer is elutasította, az egyik bíráló azt mondta, hogy egy stabil kétdimenziós anyag elkülönítése lehetetlen, egy másik pedig nem látott benne "kellő tudományos fejlődést". 2004 októberében azonban a Science folyóiratban megjelent egy cikk "Elektromos térhatás atomvastagságú szénfilmekben" címmel, amely nagy benyomást tett a tudósokra – a szemük láttára vált valósággá a fantázia.
Felfedezések lavinája
A laboratóriumok világszerte megkezdték a kutatást a Geim ragasztószalagos technikájával, és a tudósok a grafén egyéb tulajdonságait is azonosították. Bár ez volt a legvékonyabb anyag az univerzumban, 150-szer erősebb volt, mint az acél. A grafén képlékenynek bizonyult, mint a gumi, és hosszának 120%-ára nyúlhat. Philip Kim, majd a Columbia Egyetem tudósai kutatásának köszönhetően kiderült, hogy ez az anyag még jobban vezet elektromosan, mint korábban találták. Kim olyan vákuumba helyezte a grafént, ahol semmilyen más anyag nem tudta lelassítani szubatomi részecskéinek mozgását, és megmutatta, hogy a "mobilitása" – az a sebesség, amellyel az elektromos töltés áthalad a félvezetőn – 250-szer gyorsabb, mint a szilícium.
Technikai verseny
2010-ben, hat évvel Andrej Geim és Konsztantyin Novoszelov felfedezése után végül is nekik ítélték oda a Nobel-díjat. Abban az időben a média "csodaanyagnak" nevezte a grafént, olyan anyagnak, amely "megváltoztathatja a világot". Akadémiai kutatók keresték meg a fizika, az elektrotechnika, az orvostudomány, a kémia stb. területéről. Szabadalmakat adtak ki a grafén akkumulátorokban, rugalmas képernyőkben, vízsótalanító rendszerekben, fejlett napelemekben, ultragyors mikroszámítógépekben való felhasználására.
A kínai tudósok megalkották a világ legkönnyebb anyagát – a grafén aerogélt. Hétszer könnyebb, mint a levegő – egy köbméter anyag tömege mindössze 160 g Grafén aerogélt grafént és nanocsöveket tartalmazó gél fagyasztva szárításával állítanak elő.
A Manchesteri Egyetemre,ahol Game és Novoselov dolgozik, a brit kormány 60 millió dollárt fektetett be a National Graphene Institute alapításába, amely lehetővé tenné, hogy az ország egy szinten legyen a világ legjobb szabadalomtulajdonosaival - Koreával, Kínával és az Egyesült Államokkal, amelyek elindították a versenyfutás a világ első forradalmi termékeinek új anyagokon alapuló létrehozásáért.
Tiszteletbeli címek és díjak
Egy élő béka mágneses levitációjával végzett kísérlet nem hozta meg azt az eredményt, amire Michael Berry és Andrey Game számított. Az Ig Nobel-díjat 2000-ben kapták
2006-ban a Game megkapta a Scientific American 50 díjat.
2007-ben a Fizikai Intézet Mott-díjjal és éremmel tüntette ki. Ezzel egy időben Game-t a Royal Society tagjává választották.
Game és Novoselov megosztotta a 2008-as Europhysics-díjat "a szén egyatomos rétegének felfedezéséért és izolálásáért, valamint figyelemre méltó elektronikus tulajdonságainak meghatározásáért". 2009-ben megkapta a Kerber-díjat.
A 2010-es Andre Geim John Carthy-díjat az Egyesült Államok Nemzeti Tudományos Akadémiájától „a grafén, a szén egy kétdimenziós formájának kísérleti megvalósításáért és tanulmányozásáért ítélték oda”.
Szintén 2010-ben megkapta a Royal Society hat tiszteletbeli professzori címének egyikét és a Hughes-érmet "a grafén és figyelemre méltó tulajdonságai forradalmi felfedezéséért". Geim tiszteletbeli doktori címet kapott a Delfti Műszaki Egyetemen, ETH Zürich egyetemekenAntwerpen és Manchester.
2010-ben megkapta a Holland Oroszlán Rendjét a holland tudományhoz való hozzájárulásáért. 2012-ben a tudománynak nyújtott szolgálatokért Game-t agglegény lovagokká léptették elő. 2012 májusában az Egyesült Államok Tudományos Akadémia külföldi levelező tagjává választották
Nobel-díjas
Game és Novoselov 2010-ben megkapta a fizikai Nobel-díjat a grafénnal kapcsolatos úttörő munkájukért. A díj hallatán Game azt mondta, nem számított arra, hogy idén megkapja, és nem is tervez változtatni közvetlen tervein. Egy modern fizikus reményét fejezte ki, hogy a grafén és más kétdimenziós kristályok ugyanúgy megváltoztatják az emberiség mindennapi életét, mint a műanyag. Ezzel a díjjal ő lett az első ember, aki egyszerre nyerte el a Nobel-díjat és az Ig Nobel-díjat. Az előadásra 2010. december 8-án került sor a Stockholmi Egyetemen.
