Sonas Andrejus Konstantinovičius Geimas yra Karališkosios draugijos narys, Mančesterio universiteto narys ir rusų kilmės britų-olandų fizikas. Kartu su Konstantinu Novoselovu už darbą su grafenu 2010 m. jis buvo apdovanotas Nobelio fizikos premija. Šiuo metu jis yra Regiuso profesorius ir Mančesterio universiteto Mezomokslo ir nanotechnologijų centro direktorius.
Andrey Geim: biografija
Gimė 58-10-21 Konstantino Aleksejevičiaus Geimo ir Ninos Nikolajevnos Bayer šeimoje. Jo tėvai buvo vokiečių kilmės sovietiniai inžinieriai. Geimo teigimu, jo mamos močiutė buvo žydė ir jis kentėjo nuo antisemitizmo, nes jo pavardė skamba žydiškai. Žaidimas turi brolį Vladislavą. 1965 m. jo šeima persikėlė į Nalčiką, kur jis mokėsi anglų kalbos mokykloje. Baigęs studijas su pagyrimu, jis du kartus bandė įstoti į MEPhI, bet nebuvo priimtas. Tada jis kreipėsi į Maskvos fizikos ir technologijos institutą, ir šį kartą jam pavyko įstoti. Pagal jįAnot jo, studentai mokėsi labai sunkiai – spaudimas buvo toks stiprus, kad dažnai žmonės palūždavo ir palikdavo studijas, o kai kurie baigdavosi depresija, šizofrenija ir savižudybėmis.
Akademinė karjera
Andrejus Geimas gavo diplomą 1982 m., o 1987 m. tapo metalo fizikos mokslų daktaru Rusijos mokslų akademijos Kietojo kūno fizikos institute Černogolovkoje. Pasak mokslininko, tuo metu jis nenorėjo siekti šios krypties, pirmenybę teikdamas elementariųjų dalelių fizikai ar astrofizikai, tačiau šiandien yra patenkintas savo pasirinkimu.
Game dirbo mokslininku Rusijos mokslų akademijos Mikroelektronikos technologijos institute, o nuo 1990 m. Notingemo (du kartus), Bato ir Kopenhagos universitetuose. Anot jo, jis galėjo atlikti tyrimus užsienyje, o ne užsiimti politika, todėl nusprendė palikti SSRS.
Darbas Nyderlanduose
Andrey'us Geim pirmąsias pareigas visu etatu užėmė 1994 m., kai tapo Neimegeno universiteto docentu, kur studijavo mezoskopinį superlaidumą. Vėliau jis gavo Nyderlandų pilietybę. Vienas iš jo absolventų buvo Konstantinas Novoselovas, kuris tapo pagrindiniu jo mokslo partneriu. Tačiau, pasak Geimo, jo akademinė karjera Nyderlanduose toli gražu nebuvo rožinė. Jam buvo pasiūlytos profesūros Nijmegen ir Eindhoven, bet jis atsisakė, nes jam atrodė, kad Olandijos akademinė sistema per daug hierarchiška ir kupina smulkaus politikavimo, ji visiškai skiriasi nuo britų, kur kiekvienas darbuotojas yra lygus teisėmis. Savo Nobelio paskaitoje Game vėliau pasakė, kad ši situacija buvo šiek tiek siurrealistiška, nes už universiteto sienų jis buvo šiltai sutiktas visur, įskaitant jo vadovą ir kitus mokslininkus.
Persikėlimas į JK
2001 m. Game tapo Mančesterio universiteto fizikos profesoriumi, o 2002 m. buvo paskirtas Mančesterio mezomokslo ir nanotechnologijų centro direktoriumi bei profesoriumi Langworthy. Jo žmona ir ilgametė bendradarbė Irina Grigorjeva taip pat persikėlė į Mančesterį kaip mokytoja. Vėliau prie jų prisijungė Konstantinas Novoselovas. Nuo 2007 m. Game yra Inžinerijos ir fizinių mokslų tyrimų tarybos vyresnysis bendradarbis. 2010 m. Neimegeno universitetas paskyrė jį novatoriškų medžiagų ir nanomokslo profesoriumi.
Tyrimai
Game rado paprastą būdą išskirti vieną grafito atomų sluoksnį, žinomą kaip grafenas, bendradarbiaudamas su Mančesterio universiteto ir IMT mokslininkais. 2004 m. spalio mėn. grupė paskelbė savo išvadas žurnale Science.
Grafenas susideda iš anglies sluoksnio, kurio atomai yra išsidėstę dvimačių šešiakampių pavidalu. Tai ploniausia medžiaga pasaulyje, taip pat viena stipriausių ir kiečiausių. Medžiaga turi daug galimų naudojimo būdų ir yra puiki alternatyva siliciui. Vienas iš pirmųjų grafeno panaudojimo būdų galėtų būti lanksčių jutiklinių ekranų kūrimas, sakė Geimas. Jis nepatentavo naujos medžiagos, nes tam reikės tam tikrossritis ir pramonės partneris.
Fizikas kūrė biomimetinius klijus, kurie dėl gekono galūnių lipnumo tapo žinomi kaip gekoninė juosta. Šie tyrimai dar tik pradedami, tačiau jau dabar teikia vilčių, kad ateityje žmonės galės lipti per lubas kaip Žmogus-voras.
1997 m. Game tyrė magnetizmo poveikį vandeniui, todėl buvo atrastas garsusis tiesioginis diamagnetinis vandens levitavimas, kuris tapo plačiai žinomas dėl levituojančios varlės demonstravimo. Jis taip pat dirbo superlaidumo ir mezoskopinės fizikos srityse.
Kalbant apie dalykų pasirinkimą savo tyrimams, Game teigė, kad jis niekina požiūrį, kai daugelis pasirenka dalyką savo daktaro laipsniui ir tada tęsia tą patį dalyką iki išėjimo į pensiją. Prieš pradėdamas eiti pirmąsias pareigas visu etatu, jis penkis kartus pakeitė temą ir tai padėjo jam daug išmokti.
2001 m. laikraštyje jis savo mylimą žiurkėną Tisha pavadino bendraautoriu.
Grafeno atradimo istorija
Vieną 2002 m. rudens vakarą Andrejus Geimas galvojo apie anglį. Jis specializuojasi mikroskopiškai plonų medžiagų gamyboje ir domėjosi, kaip tam tikromis eksperimentinėmis sąlygomis gali elgtis ploniausi medžiagos sluoksniai. Grafitas, sudarytas iš monoatominių plėvelių, buvo akivaizdus kandidatas tyrimams, tačiau standartiniai itin plonų mėginių išskyrimo metodai perkaistų ir sunaikintų. Taigi Game paskyrė vieną iš naujų absolventų Da Jiang,stenkitės gauti kuo plonesnį mėginį, net kelis šimtus atomų sluoksnių, poliruodami vieno colio dydžio grafito kristalą. Po kelių savaičių Jiangas atnešė anglies grūdelį į Petri lėkštelę. Ištyręs jį mikroskopu, Game paprašė pabandyti dar kartą. Jiang sakė, kad tai buvo viskas, kas liko iš kristalo. Kol Game juokais priekaištavo, kad jis nušluostė kalną, kad gautų smėlio grūdelį, vienas iš jo vyresniųjų šiukšlių dėžėje pamatė panaudotos juostos gumulėlius, kurių lipni pusė buvo padengta pilka, šiek tiek blizgia grafito likučių plėvele.
Laboratorijose visame pasaulyje mokslininkai naudoja juostą eksperimentinių mėginių sukibimo savybėms patikrinti. Anglies sluoksniai, sudarantys grafitą, yra laisvai suklijuoti (nuo 1564 m. medžiaga naudojama pieštukams, nes palieka matomą pėdsaką popieriuje), todėl lipni juosta lengvai atskiria žvynus. Games pakišo lipnios juostos gabalėlį po mikroskopu ir nustatė, kad grafito storis buvo plonesnis, nei matė iki šiol. Sulenkiant, suspaudžiant ir atitraukiant juostą, jam pavyko pasiekti dar plonesnius sluoksnius.
Žaidime pirmą kartą pavyko išskirti dvimatę medžiagą: monoatominį anglies sluoksnį, kuris atominiu mikroskopu atrodo kaip plokščia šešiakampių gardelė, primenanti korį. Teoriniai fizikai tokią medžiagą pavadino grafenu, tačiau nemanė, kad ją galima gauti kambario temperatūroje. Jiems atrodė, kad medžiaga suirs į mikroskopinius kamuoliukus. Vietoj to, Game pamatė, kad grafenas liko vienameplokštuma, kuri raibuliuoja stabilizuojantis medžiagai.
Grafenas: nuostabios savybės
Andrei Game į pagalbą pasitelkė magistrantą Konstantiną Novoselovą ir jie pradėjo studijuoti naują medžiagą keturiolika valandų per dieną. Per ateinančius dvejus metus jie atliko daugybę eksperimentų, kurių metu atrado nuostabias medžiagos savybes. Dėl savo unikalios struktūros elektronai, nebūdami veikiami kitų sluoksnių, gali netrukdomai ir neįprastai greitai judėti tinkleliu. Grafeno laidumas yra tūkstančius kartų didesnis nei vario. Pirmasis žaidimo atradimas buvo ryškaus „lauko efekto“, atsirandančio esant elektriniam laukui, kuris leidžia valdyti laidumą, stebėjimas. Šis efektas yra viena iš pagrindinių kompiuterių lustuose naudojamo silicio savybių. Tai rodo, kad grafenas galėtų būti pakaitalas, kurio kompiuterių gamintojai ieškojo daugelį metų.
Kelias į pripažinimą
Žaidimas ir Konstantinas Novoselovas parašė trijų puslapių straipsnį, kuriame aprašo savo atradimus. „Nature“jį du kartus atmetė, vienas apžvalgininkas teigė, kad stabilios dvimatės medžiagos izoliuoti neįmanoma, o kitas joje neįžvelgė „pakankamos mokslo pažangos“. Tačiau 2004 m. spalį žurnale Science buvo paskelbtas straipsnis „Elektrinio lauko efektas atomiškai storos anglies plėvelėse“, padaręs mokslininkams didelį įspūdį – prieš jų akis fantazija tapo realybe.
Atradimų lavina
Laboratorijos visame pasaulyje pradėjo tyrimus naudodamos Geim lipnios juostos techniką, o mokslininkai nustatė kitas grafeno savybes. Nors tai buvo ploniausia medžiaga visatoje, ji buvo 150 kartų stipresnė už plieną. Grafenas pasirodė esąs kalusis, kaip guma, ir gali ištempti iki 120% savo ilgio. Philipo Kimo, o vėliau ir Kolumbijos universiteto mokslininkų, tyrimų dėka buvo nustatyta, kad ši medžiaga yra dar laidesnė elektrai, nei buvo nustatyta anksčiau. Kimas įdėjo grafeną į vakuumą, kuriame jokia kita medžiaga negalėtų sulėtinti jo subatominių dalelių judėjimo, ir parodė, kad jis turi „mobilumą“– greitį, kuriuo elektros krūvis keliauja per puslaidininkį – 250 kartų greičiau nei silicis.
Techninės lenktynės
2010 m., praėjus šešeriems metams po Andrejaus Geimo ir Konstantino Novoselovo atradimo, Nobelio premija jiems buvo skirta. Tuo metu žiniasklaida grafeną vadino „stebukla medžiaga“, medžiaga, kuri „gali pakeisti pasaulį“. Į jį kreipėsi akademiniai mokslininkai iš fizikos, elektros inžinerijos, medicinos, chemijos ir kt. Buvo išduoti patentai dėl grafeno naudojimo baterijose, lanksčiuose ekranuose, vandens gėlinimo sistemose, pažangiuose saulės elementuose, itin sparčiuose mikrokompiuteriuose.
Kinijos mokslininkai sukūrė lengviausią pasaulyje medžiagą – grafeno aerogelį. Jis 7 kartus lengvesnis už orą – vienas kubinis metras medžiagos sveria tik 160 g. Grafeno aerogelis sukuriamas liofilizuojant gelį, kuriame yra grafeno ir nanovamzdelių.
Į Mančesterio universitetą,kur dirba Game ir Novoselovas, Didžiosios Britanijos vyriausybė investavo 60 milijonų dolerių, kad jo pagrindu būtų sukurtas Nacionalinis grafeno institutas, kuris leistų šaliai lygiuotis su geriausiais pasaulyje patentų turėtojais – Korėja, Kinija ir JAV, kurios pradėjo lenktynės kuriant pirmuosius pasaulyje revoliucinius produktus, pagrįstus nauja medžiaga.
Garbės vardai ir apdovanojimai
Eksperimentas su gyvos varlės magnetine levitacija nedavė tokio rezultato, kokio tikėjosi Michaelas Berry ir Andrey Game. Ig Nobelio premija jiems buvo įteikta 2000 m.
2006 m. žaidimas gavo Scientific American 50 apdovanojimą.
2007 m. Fizikos institutas jam įteikė Motto premiją ir medalį. Tuo pačiu metu Game buvo išrinktas Karališkosios draugijos nariu.
Game ir Novoselovas pasidalijo 2008 m. Eurofizikos prizą „už monoatominio anglies sluoksnio atradimą ir išskyrimą bei jo nepaprastų elektroninių savybių nustatymą“. 2009 m. jis gavo Kerber apdovanojimą.
2010 m. Andre Geim John Carthy apdovanojimas iš JAV nacionalinės mokslų akademijos buvo suteiktas „už eksperimentinį grafeno, dvimatės anglies formos, realizavimą ir tyrimą“.
Taip pat 2010 m. jis gavo vieną iš šešių Karališkosios draugijos garbės profesorių ir Hugheso medalį „už revoliucinį grafeno ir jo nuostabių savybių atradimą“. Geim buvo suteiktas Delfto technologijos universiteto, ETH Ciuricho universitetų garbės daktarasAntverpenas ir Mančesteris.
2010 m. jis buvo apdovanotas Nyderlandų liūto ordinu už indėlį į Nyderlandų mokslą. 2012 m. už nuopelnus mokslui Game buvo paaukštintas į bakalauro riterius. 2012 m. gegužės mėn. jis buvo išrinktas Jungtinių Valstijų mokslų akademijos nariu korespondentu.
Nobelio premijos laureatas
Game ir Novoselovas buvo apdovanoti 2010 m. Nobelio fizikos premija už novatorišką darbą grafeno srityje. Išgirdęs apie apdovanojimą, Game pasakė, kad nesitikėjo jo gauti šiais metais ir neketina keisti artimiausių planų. Šiuolaikinis fizikas išreiškė viltį, kad grafenas ir kiti dvimačiai kristalai pakeis kasdienį žmonijos gyvenimą taip, kaip darė plastikas. Šis apdovanojimas padarė jį pirmuoju žmogumi, vienu metu laimėjusiu ir Nobelio, ir Ig Nobelio premijas. Paskaita vyko 2010 m. gruodžio 8 d. Stokholmo universitete.
