Ο Sir Andrey Konstantinovich Geim είναι Μέλος της Βασιλικής Εταιρείας, υπότροφος του Πανεπιστημίου του Μάντσεστερ και Ρωσικής καταγωγής Βρετανο-Ολλανδός φυσικός. Μαζί με τον Konstantin Novoselov τιμήθηκε με το Νόμπελ Φυσικής το 2010 για την εργασία του στο γραφένιο. Είναι επί του παρόντος Καθηγητής Regius και Διευθυντής του Κέντρου Μεσο-Επιστήμης και Νανοτεχνολογίας στο Πανεπιστήμιο του Μάντσεστερ.
Andrey Geim: βιογραφία
Γεννήθηκε στις 21/10/58 στην οικογένεια του Konstantin Alekseevich Geim και της Nina Nikolaevna Bayer. Οι γονείς του ήταν Σοβιετικοί μηχανικοί γερμανικής καταγωγής. Σύμφωνα με τον Geim, η γιαγιά της μητέρας του ήταν Εβραία και υπέφερε από αντισημιτισμό επειδή το επίθετό του ακούγεται εβραϊκό. Το παιχνίδι έχει έναν αδερφό Vladislav. Το 1965 η οικογένειά του μετακόμισε στο Nalchik, όπου σπούδασε σε σχολή με ειδίκευση στα αγγλικά. Αφού αποφοίτησε με άριστα, προσπάθησε δύο φορές να εισέλθει στο MEPhI, αλλά δεν έγινε δεκτός. Στη συνέχεια έκανε αίτηση στο Ινστιτούτο Φυσικής και Τεχνολογίας της Μόσχας και αυτή τη φορά κατάφερε να μπει. Σύμφωνα με αυτόνΣύμφωνα με τον ίδιο, οι μαθητές σπούδασαν πολύ σκληρά - η πίεση ήταν τόσο ισχυρή που συχνά οι άνθρωποι καταρρίπτονταν και άφηναν τις σπουδές τους, και κάποιοι κατέληγαν με κατάθλιψη, σχιζοφρένεια και αυτοκτονία.
Ακαδημαϊκή σταδιοδρομία
Ο Andrey Geim έλαβε το δίπλωμά του το 1982 και το 1987 έγινε διδάκτορας στη φυσική μετάλλων στο Ινστιτούτο Φυσικής Στερεάς Κατάστασης της Ρωσικής Ακαδημίας Επιστημών στην Τσερνογκόλοβκα. Σύμφωνα με τον επιστήμονα, τότε δεν ήθελε να ακολουθήσει αυτή την κατεύθυνση, προτιμώντας τη φυσική στοιχειωδών σωματιδίων ή την αστροφυσική, αλλά σήμερα είναι ικανοποιημένος με την επιλογή του.
Ο
Game εργάστηκε ως ερευνητής στο Ινστιτούτο Τεχνολογίας Μικροηλεκτρονικής της Ρωσικής Ακαδημίας Επιστημών και από το 1990 στα Πανεπιστήμια του Nottingham (δύο φορές), του Bath και της Κοπεγχάγης. Σύμφωνα με τον ίδιο, μπορούσε να κάνει έρευνα στο εξωτερικό και να μην ασχοληθεί με την πολιτική, γι' αυτό αποφάσισε να φύγει από την ΕΣΣΔ.
Εργασία στην Ολλανδία
Ο Andrey Geim πήρε την πρώτη του θέση πλήρους απασχόλησης το 1994, όταν έγινε επίκουρος καθηγητής στο Πανεπιστήμιο του Nijmegen, όπου σπούδασε μεσοσκοπική υπεραγωγιμότητα. Αργότερα έλαβε την ολλανδική υπηκοότητα. Ένας από τους μεταπτυχιακούς φοιτητές του ήταν ο Konstantin Novoselov, ο οποίος έγινε ο κύριος ερευνητικός του συνεργάτης. Ωστόσο, σύμφωνα με τον Geim, η ακαδημαϊκή του καριέρα στην Ολλανδία δεν ήταν καθόλου ρόδινη. Του προσφέρθηκαν θέσεις καθηγητών στο Nijmegen και στο Eindhoven, αλλά το απέρριψε γιατί βρήκε το ολλανδικό ακαδημαϊκό σύστημα πολύ ιεραρχικό και γεμάτο μικροπολιτικές, είναι εντελώς διαφορετικό από το βρετανικό, όπου κάθε εργαζόμενος είναι ίσος σε δικαιώματα. Στη διάλεξή του για το Νόμπελ, ο Game είπε αργότερα ότι αυτή η κατάσταση ήταν λίγο σουρεαλιστική, καθώς έξω από τα τείχη του πανεπιστημίου τον υποδέχτηκαν θερμά παντού, συμπεριλαμβανομένου του προϊσταμένου του και άλλων επιστημόνων.
Μετακίνηση στο ΗΒ
Το 2001, ο Game έγινε καθηγητής Φυσικής στο Πανεπιστήμιο του Μάντσεστερ και το 2002 διορίστηκε Διευθυντής του Κέντρου Μεσο-Επιστήμης και Νανοτεχνολογίας του Μάντσεστερ και καθηγητής Langworthy. Η σύζυγός του και μακροχρόνια συνεργάτιδα του Ιρίνα Γκριγκόριεβα μετακόμισε επίσης στο Μάντσεστερ ως δασκάλα. Αργότερα προσχώρησε ο Konstantin Novoselov. Από το 2007, ο Game είναι Ανώτερος Συνεργάτης στο Συμβούλιο Έρευνας Μηχανικών και Φυσικών Επιστημών. Το 2010, το Πανεπιστήμιο του Nijmegen τον διόρισε Καθηγητή Καινοτόμων Υλικών και Νανοεπιστήμης.
Έρευνα
Το
Game βρήκε έναν απλό τρόπο για να απομονώσει ένα μόνο στρώμα ατόμων γραφίτη, γνωστό ως γραφένιο, σε συνεργασία με επιστήμονες από το Πανεπιστήμιο του Μάντσεστερ και το IMT. Τον Οκτώβριο του 2004, η ομάδα δημοσίευσε τα ευρήματά της στο περιοδικό Science.
Γραφένιο αποτελείται από ένα στρώμα άνθρακα, τα άτομα του οποίου είναι διατεταγμένα με τη μορφή δισδιάστατων εξαγώνων. Είναι το πιο λεπτό υλικό στον κόσμο, καθώς και ένα από τα ισχυρότερα και σκληρότερα. Η ουσία έχει πολλές πιθανές χρήσεις και είναι μια εξαιρετική εναλλακτική του πυριτίου. Μία από τις πρώτες χρήσεις του γραφενίου θα μπορούσε να είναι η ανάπτυξη εύκαμπτων οθονών αφής, είπε ο Geim. Δεν κατοχύρωσε με δίπλωμα ευρεσιτεχνίας το νέο υλικό γιατί θα απαιτούσε ένα συγκεκριμένοπεδίο εφαρμογής και συνεργάτης στη βιομηχανία.
Ο φυσικός δημιουργούσε μια βιομιμητική κόλλα που έγινε γνωστή ως ταινία gecko λόγω της κολλητικής υφής των άκρων του gecko. Αυτές οι μελέτες βρίσκονται ακόμη στα αρχικά τους στάδια, αλλά ήδη δίνουν ελπίδα ότι στο μέλλον οι άνθρωποι θα μπορούν να σκαρφαλώνουν οροφές όπως ο Spider-Man.
Το 1997, το Game μελέτησε τις επιπτώσεις του μαγνητισμού στο νερό, γεγονός που οδήγησε στη διάσημη ανακάλυψη της άμεσης διαμαγνητικής αιώρησης του νερού, η οποία έγινε ευρέως γνωστή λόγω της επίδειξης ενός αιωρούμενου βατράχου. Εργάστηκε επίσης στην υπεραγωγιμότητα και τη μεσοσκοπική φυσική.
Σχετικά με την επιλογή των θεμάτων για την έρευνά του, ο Game είπε ότι περιφρονεί την προσέγγιση πολλών που επιλέγουν ένα θέμα για το διδακτορικό τους και στη συνέχεια συνεχίζουν το ίδιο αντικείμενο μέχρι τη συνταξιοδότηση. Πριν πάρει την πρώτη του θέση πλήρους απασχόλησης, άλλαξε θέμα πέντε φορές και αυτό τον βοήθησε να μάθει πολλά.
Σε μια εφημερίδα του 2001, ονόμασε το αγαπημένο του χάμστερ Tisha ως συν-συγγραφέα.
Ιστορία της ανακάλυψης του γραφενίου
Ένα φθινοπωρινό βράδυ του 2002 ο Andrey Geim σκεφτόταν τον άνθρακα. Ειδικεύτηκε σε μικροσκοπικά λεπτά υλικά και αναρωτήθηκε πώς θα μπορούσαν να συμπεριφέρονται τα λεπτότερα στρώματα ύλης κάτω από ορισμένες πειραματικές συνθήκες. Ο γραφίτης, που αποτελείται από μονοατομικά φιλμ, ήταν προφανής υποψήφιος για έρευνα, αλλά οι τυπικές μέθοδοι για την απομόνωση εξαιρετικά λεπτών δειγμάτων θα τον υπερθερμάνουν και θα τον καταστρέφουν. Έτσι ο Game ανέθεσε σε έναν από τους νέους μεταπτυχιακούς φοιτητές, τον Da Jiang,προσπαθήστε να πάρετε όσο το δυνατόν πιο λεπτό δείγμα, ακόμη και μερικές εκατοντάδες στρώματα ατόμων, γυαλίζοντας έναν κρύσταλλο γραφίτη σε μέγεθος μίας ίντσας. Λίγες εβδομάδες αργότερα, ο Jiang έφερε έναν κόκκο άνθρακα σε ένα πιάτο Petri. Αφού το εξέτασε στο μικροσκόπιο, ο Game του ζήτησε να προσπαθήσει ξανά. Ο Jiang είπε ότι αυτό ήταν το μόνο που είχε απομείνει από τον κρύσταλλο. Ενώ ο Game τον επέπληξε αστειευόμενος ότι σκούπισε ένα βουνό για να πάρει έναν κόκκο άμμου, ένας από τους ηλικιωμένους του είδε συστάδες χρησιμοποιημένης ταινίας στο καλάθι αχρήστων, η κολλώδης πλευρά του οποίου ήταν καλυμμένη με μια γκρι, ελαφρώς γυαλιστερή μεμβράνη υπολειμμάτων γραφίτη.
Σε εργαστήρια σε όλο τον κόσμο, οι ερευνητές χρησιμοποιούν ταινία για να δοκιμάσουν τις συγκολλητικές ιδιότητες των πειραματικών δειγμάτων. Τα στρώματα άνθρακα που συνθέτουν τον γραφίτη συνδέονται χαλαρά (από το 1564, το υλικό χρησιμοποιείται σε μολύβια, καθώς αφήνει ένα ορατό σημάδι στο χαρτί), έτσι ώστε η κολλητική ταινία να διαχωρίζει εύκολα τα λέπια. Το παιχνίδι τοποθέτησε ένα κομμάτι κολλητικής ταινίας κάτω από ένα μικροσκόπιο και διαπίστωσε ότι το πάχος του γραφίτη ήταν πιο λεπτό από αυτό που είχε δει μέχρι τώρα. Διπλώνοντας, σφίγγοντας και ξεκολλώντας την ταινία, κατάφερε να πετύχει ακόμη πιο λεπτά στρώματα.
Το παιχνίδι πέτυχε την απομόνωση ενός δισδιάστατου υλικού για πρώτη φορά: ένα μονοατομικό στρώμα άνθρακα, το οποίο κάτω από ένα ατομικό μικροσκόπιο μοιάζει με ένα επίπεδο πλέγμα από εξάγωνα, που θυμίζει κηρήθρα. Οι θεωρητικοί φυσικοί ονόμασαν μια τέτοια ουσία γραφένιο, αλλά δεν υπέθεσαν ότι μπορούσε να ληφθεί σε θερμοκρασία δωματίου. Τους φαινόταν ότι το υλικό θα διαλυόταν σε μικροσκοπικές μπάλες. Αντίθετα, ο Game είδε ότι το γραφένιο παρέμεινε σε έναεπίπεδο που κυματίζει καθώς η ύλη σταθεροποιείται.
Γραφένιο: αξιόλογες ιδιότητες
Ο
Ο Andrei Game ζήτησε τη βοήθεια του μεταπτυχιακού φοιτητή Konstantin Novoselov και άρχισαν να μελετούν μια νέα ουσία δεκατέσσερις ώρες την ημέρα. Τα επόμενα δύο χρόνια, πραγματοποίησαν μια σειρά από πειράματα, κατά τα οποία ανακάλυψαν τις εκπληκτικές ιδιότητες του υλικού. Λόγω της μοναδικής δομής του, τα ηλεκτρόνια, χωρίς να επηρεάζονται από άλλα στρώματα, μπορούν να κινηθούν μέσα από το πλέγμα ανεμπόδιστα και ασυνήθιστα γρήγορα. Η αγωγιμότητα του γραφενίου είναι χιλιάδες φορές μεγαλύτερη από αυτή του χαλκού. Η πρώτη αποκάλυψη του παιχνιδιού ήταν η παρατήρηση ενός έντονο «φαινόμενο πεδίου» που εμφανίζεται παρουσία ηλεκτρικού πεδίου, το οποίο επιτρέπει τον έλεγχο της αγωγιμότητας. Αυτό το φαινόμενο είναι ένα από τα καθοριστικά χαρακτηριστικά του πυριτίου που χρησιμοποιείται στα τσιπ υπολογιστών. Αυτό υποδηλώνει ότι το γραφένιο θα μπορούσε να είναι ένας αντικαταστάτης που οι κατασκευαστές υπολογιστών αναζητούν εδώ και χρόνια.
Ο δρόμος προς την αναγνώριση
Game και ο Konstantin Novoselov έγραψαν ένα χαρτί τριών σελίδων που περιγράφουν τις ανακαλύψεις τους. Απορρίφθηκε δύο φορές από το Nature, με έναν κριτικό να λέει ότι η απομόνωση ενός σταθερού δισδιάστατου υλικού ήταν αδύνατη και ένας άλλος να μην βλέπει «επαρκή επιστημονική πρόοδο» σε αυτό. Όμως, τον Οκτώβριο του 2004, δημοσιεύτηκε στο περιοδικό Science ένα άρθρο με τίτλο "Electric Field Effect in Atomically Thick Carbon Films", που έκανε μεγάλη εντύπωση στους επιστήμονες - μπροστά στα μάτια τους, η φαντασία έγινε πραγματικότητα.
Μια χιονοστιβάδα ανακαλύψεων
Εργαστήρια σε όλο τον κόσμο ξεκίνησαν έρευνα χρησιμοποιώντας την τεχνική της κολλητικής ταινίας του Geim και οι επιστήμονες έχουν εντοπίσει άλλες ιδιότητες του γραφενίου. Αν και ήταν το λεπτότερο υλικό στο σύμπαν, ήταν 150 φορές ισχυρότερο από το ατσάλι. Το γραφένιο αποδείχθηκε εύπλαστο, όπως το καουτσούκ, και μπορούσε να τεντωθεί έως και το 120% του μήκους του. Χάρη στην έρευνα του Philip Kim, και στη συνέχεια επιστημόνων στο Πανεπιστήμιο Columbia, διαπιστώθηκε ότι αυτό το υλικό είναι ακόμη πιο ηλεκτρικά αγώγιμο από ό,τι είχε βρεθεί στο παρελθόν. Ο Κιμ έβαλε το γραφένιο σε ένα κενό όπου κανένα άλλο υλικό δεν θα μπορούσε να επιβραδύνει την κίνηση των υποατομικών του σωματιδίων και έδειξε ότι έχει «κινητικότητα» - την ταχύτητα με την οποία ένα ηλεκτρικό φορτίο ταξιδεύει μέσα από έναν ημιαγωγό - 250 φορές πιο γρήγορα από το πυρίτιο.
Τεχνικός αγώνας
Το 2010, έξι χρόνια μετά την ανακάλυψη που έκαναν οι Andrei Geim και Konstantin Novoselov, τελικά τους απονεμήθηκε το Νόμπελ. Εκείνη την εποχή, τα μέσα ενημέρωσης αποκαλούσαν το γραφένιο «θαυματουργό υλικό», μια ουσία που «θα μπορούσε να αλλάξει τον κόσμο». Τον προσέγγισαν ακαδημαϊκοί ερευνητές στους τομείς της φυσικής, της ηλεκτρικής μηχανικής, της ιατρικής, της χημείας κ.λπ. Εκδόθηκαν διπλώματα ευρεσιτεχνίας για τη χρήση γραφενίου σε μπαταρίες, εύκαμπτες οθόνες, συστήματα αφαλάτωσης νερού, προηγμένα ηλιακά κύτταρα, εξαιρετικά γρήγορους μικροϋπολογιστές.
Επιστήμονες στην Κίνα δημιούργησαν το ελαφρύτερο υλικό στον κόσμο - το αερογέλη γραφενίου. Είναι 7 φορές ελαφρύτερο από τον αέρα - ένα κυβικό μέτρο ύλης ζυγίζει μόνο 160 γραμμάρια. Το αερογέλη γραφενίου δημιουργείται με λυοφιλοποίηση ενός τζελ που περιέχει γραφένιο και νανοσωλήνες.
Προς το Πανεπιστήμιο του Μάντσεστερ,όπου εργάζονται οι Game και Novoselov, η βρετανική κυβέρνηση επένδυσε 60 εκατομμύρια δολάρια για να δημιουργήσει το Εθνικό Ινστιτούτο Γραφενίου στη βάση του, το οποίο θα επέτρεπε στη χώρα να είναι στο ίδιο επίπεδο με τους καλύτερους κατόχους διπλωμάτων ευρεσιτεχνίας στον κόσμο - Κορέα, Κίνα και Ηνωμένες Πολιτείες, που ξεκίνησαν την αγώνας για τη δημιουργία των πρώτων επαναστατικών προϊόντων στον κόσμο που βασίζονται σε νέο υλικό.
Τίτλοι και βραβεία
Ένα πείραμα με μαγνητική αιώρηση ενός ζωντανού βατράχου δεν έφερε το αποτέλεσμα που περίμεναν οι Michael Berry και Andrey Game. Το βραβείο Ig Nobel τους απονεμήθηκε το 2000
Το 2006 το παιχνίδι έλαβε το βραβείο Scientific American 50.
Το 2007, το Ινστιτούτο Φυσικής του απένειμε το βραβείο και το μετάλλιο Mott. Ταυτόχρονα, ο Game εξελέγη Μέλος της Βασιλικής Εταιρείας.
Game και Novoselov μοιράστηκαν το Βραβείο Ευρωφυσικής 2008 "για την ανακάλυψη και την απομόνωση του μονοατομικού στρώματος του άνθρακα και τον προσδιορισμό των αξιοσημείωτων ηλεκτρονικών ιδιοτήτων του." Το 2009, έλαβε το βραβείο Kerber.
Το βραβείο Andre Geim John Carthy 2010 από την Εθνική Ακαδημία Επιστημών των ΗΠΑ δόθηκε "για την πειραματική του υλοποίηση και μελέτη του γραφενίου, μιας δισδιάστατης μορφής άνθρακα."
Επίσης το 2010, έλαβε μία από τις έξι επίτιμες θέσεις καθηγητή της Βασιλικής Εταιρείας και το Μετάλλιο Hughes "για την επαναστατική ανακάλυψη του γραφενίου και των αξιοσημείωτων ιδιοτήτων του". Ο Geim έχει ανακηρυχθεί επίτιμος διδάκτορας από το Delft University of Technology, ETH Zurich, ΠανεπιστήμιαΑμβέρσα και Μάντσεστερ.
Το 2010 του απονεμήθηκε το παράσημο του Ολλανδικού Λιονταριού για τη συνεισφορά του στην ολλανδική επιστήμη. Το 2012, για υπηρεσίες στην επιστήμη, ο Game προήχθη σε εργένηδες ιππότες. Εξελέγη Ξένο Αντεπιστέλλον Μέλος της Ακαδημίας Επιστημών των Ηνωμένων Πολιτειών τον Μάιο του 2012
Νόμπελ
Το
Game και Novoselov τιμήθηκαν με το Νόμπελ Φυσικής του 2010 για την πρωτοποριακή τους εργασία στο γραφένιο. Ακούγοντας για το βραβείο, ο Game είπε ότι δεν περίμενε να το λάβει φέτος και δεν σκοπεύει να αλλάξει τα άμεσα σχέδιά του. Ένας σύγχρονος φυσικός εξέφρασε την ελπίδα ότι το γραφένιο και άλλοι δισδιάστατοι κρύσταλλοι θα αλλάξουν την καθημερινή ζωή της ανθρωπότητας με τον ίδιο τρόπο που έκανε το πλαστικό. Το βραβείο τον έκανε το πρώτο άτομο που κέρδισε και το βραβείο Νόμπελ και το βραβείο Ig Nobel ταυτόχρονα. Η διάλεξη πραγματοποιήθηκε στις 8 Δεκεμβρίου 2010 στο Πανεπιστήμιο της Στοκχόλμης.
