Sir Andrey Konstantinovich Geim on Royal Societyn jäsen, Manchesterin yliopiston jäsen ja venäläissyntyinen brittiläis-hollantilainen fyysikko. Yhdessä Konstantin Novoselovin kanssa hänelle myönnettiin fysiikan Nobel-palkinto vuonna 2010 työstään grafeenin parissa. Hän on tällä hetkellä Regius-professori ja Manchesterin yliopiston meso-tieteen ja nanoteknologian keskuksen johtaja.
Andrey Geim: elämäkerta
Syntyi 21.10.58 Konstantin Alekseevich Geimin ja Nina Nikolaevna Bayerin perheeseen. Hänen vanhempansa olivat saksalaista alkuperää olevia Neuvostoliiton insinöörejä. Geimin mukaan hänen äitinsä isoäiti oli juutalainen ja hän kärsi antisemitismistä, koska hänen sukunimensä kuulostaa juutalaiselta. Pelillä on veli Vladislav. Vuonna 1965 hänen perheensä muutti Nalchikiin, missä hän opiskeli englannin kieleen erikoistuneessa koulussa. Valmistuttuaan arvosanoin hän yritti kahdesti päästä MEPhI:hen, mutta häntä ei hyväksytty. Sitten hän haki Moskovan fysiikan ja teknologian instituuttiin, ja tällä kertaa hän onnistui pääsemään sisään. Hänen mukaansaHänen mukaansa opiskelijat opiskelivat kovasti - paineet olivat niin kovat, että usein ihmiset katkesivat ja jättivät opinnot, ja osa päätyi masennukseen, skitsofreniaan ja itsemurhaan.
Akateeminen ura
Andrey Geim suoritti diplominsa vuonna 1982, ja vuonna 1987 hänestä tuli metallifysiikan tohtori Venäjän tiedeakatemian kiinteän olomuodon fysiikan instituutissa Tšernogolovkassa. Tiedemiehen mukaan hän ei tuolloin halunnut jatkaa tätä suuntaa vaan mieluummin alkeishiukkasfysiikkaa tai astrofysiikkaa, mutta nykyään hän on tyytyväinen valintaansa.
Game työskenteli tutkijana Venäjän tiedeakatemian Mikroelektroniikan instituutissa ja vuodesta 1990 Nottinghamin (kahdesti), Bathin ja Kööpenhaminan yliopistoissa. Hänen mukaansa hän voisi tehdä tutkimusta ulkomailla, ei käsitellä politiikkaa, minkä vuoksi hän päätti lähteä Neuvostoliitosta.
Työskentely Hollannissa
Andrey Geim otti ensimmäisen kokopäiväisen työnsä vuonna 1994, kun hänestä tuli apulaisprofessori Nijmegenin yliopistossa, jossa hän opiskeli mesoskooppista suprajohtavuutta. Myöhemmin hän sai Alankomaiden kansalaisuuden. Yksi hänen jatko-opiskelijoistaan oli Konstantin Novoselov, josta tuli hänen päätutkimuskumppaninsa. Geimin mukaan hänen akateeminen uransa Hollannissa oli kuitenkin kaikkea muuta kuin ruusuinen. Hänelle tarjottiin professuuria Nijmegenissä ja Eindhovenissa, mutta hän kieltäytyi siitä, koska hän piti Hollannin akateemista järjestelmää liian hierarkkisena ja täynnä pikkupolitiikkaa, se eroaa täysin brittiläisestä, jossa jokaisella työntekijällä on yhtäläiset oikeudet. Game sanoi myöhemmin Nobel-luennossaan, että tämä tilanne oli hieman surrealistinen, sillä yliopiston seinien ulkopuolella hänet toivotettiin lämpimästi tervetulleeksi kaikkialla, mukaan lukien hänen ohjaajansa ja muut tiedemiehet.
Muutto Isoon-Britanniaan
Vuonna 2001 Gamesta tuli Manchesterin yliopiston fysiikan professori, ja vuonna 2002 hänet nimitettiin Manchesterin mesotieteen ja nanoteknologian keskuksen johtajaksi ja professori Langworthyksi. Hänen vaimonsa ja pitkäaikainen yhteistyökumppani Irina Grigorieva muutti myös Manchesteriin opettajaksi. Myöhemmin Konstantin Novoselov liittyi heihin. Vuodesta 2007 Game on toiminut tekniikan ja fysiikan tutkimusneuvoston vanhempana tutkijana. Vuonna 2010 Nijmegenin yliopisto nimitti hänet innovatiivisten materiaalien ja nanotieteen professoriksi.
Tutkimus
Game on löytänyt yksinkertaisen tavan eristää yksi kerros grafiittiatomeja, jotka tunnetaan nimellä grafeeni, yhteistyössä Manchesterin yliopiston ja IMT:n tutkijoiden kanssa. Lokakuussa 2004 ryhmä julkaisi havaintonsa Science-lehdessä.
Grafeeni koostuu hiilikerroksesta, jonka atomit on järjestetty kaksiulotteisten kuusikulmioiden muotoon. Se on maailman ohuin materiaali sekä yksi vahvimmista ja kovimmista. Aineella on monia käyttömahdollisuuksia ja se on erinomainen vaihtoehto piille. Yksi ensimmäisistä grafeenin käyttötavoista voisi olla joustavien kosketusnäyttöjen kehittäminen, Geim sanoi. Hän ei patentoinut uutta materiaalia, koska se vaatisi tietynlaajuus ja kumppani teollisuudessa.
Fyysikko kehitti biomimeettistä liimaa, joka tuli tunnetuksi gekkoteippinä gekon raajojen tahmeuden vuoksi. Nämä tutkimukset ovat vielä alkuvaiheessaan, mutta antavat jo toivoa, että tulevaisuudessa ihmiset pystyvät kiipeämään kattoon kuten Hämähäkkimies.
Vuonna 1997 Game tutki magnetismin vaikutuksia veteen, mikä johti kuuluisaan veden suoran diamagneettisen levitaation löytöyn, joka tuli laaj alti tunnetuksi levitoivan sammakon esittelyn ansiosta. Hän työskenteli myös suprajohtavuuden ja mesoskooppisen fysiikan parissa.
Tutkimuksensa aiheiden valinnasta Game sanoi halveksivansa sitä lähestymistapaa, että monet valitsevat aiheen tohtorintutkintoonsa ja jatkavat sitten samaa aihetta eläkkeelle jäämiseen asti. Ennen kuin hän sai ensimmäisen kokopäivätyönsä, hän vaihtoi aihetta viisi kertaa, ja se auttoi häntä oppimaan paljon.
Vuoden 2001 julkaisussa hän nimesi kirjoittajakseen rakkaan hamsterinsa Tishan.
Grafeenin löytämisen historia
Eräänä syysiltana vuonna 2002 Andrey Geim ajatteli hiiltä. Hän erikoistui mikroskooppisesti ohuisiin materiaaleihin ja ihmetteli, kuinka ohuimmat ainekerrokset voisivat käyttäytyä tietyissä koeolosuhteissa. Monatomisista kalvoista koostuva grafiitti oli ilmeinen ehdokas tutkimukseen, mutta standardimenetelmät ultraohuiden näytteiden eristämiseksi ylikuumenevat ja tuhosivat sen. Joten Game määräsi yhden uusista jatko-opiskelijoista, Da Jiangin,yritä saada mahdollisimman ohut näyte, jopa muutama sata atomikerrosta, kiillottamalla tuuman kokoinen grafiittikide. Muutamaa viikkoa myöhemmin Jiang toi hiiltä petrimaljaan. Tutkittuaan sitä mikroskoopilla Game pyysi häntä yrittämään uudelleen. Jiang sanoi, että tämä oli kaikki mitä kristallista oli jäljellä. Kun Game vitsaili häntä siitä, että hän pyyhki vuoren saadakseen hiekanjyvän, yksi hänen eläkeläisistään näki roskakorissa käytetyn teipin möhkäleitä, joiden tahmea puoli oli peitetty harmaalla, hieman kiiltävällä grafiittijäännöskalvolla.
Tutkijat käyttävät laboratorioissa ympäri maailmaa teippiä kokeellisten näytteiden tartuntaominaisuuksien testaamiseen. Grafiitin muodostavat hiilikerrokset ovat löyhästi sidottu (vuodesta 1564 materiaalia on käytetty lyijykynissä, koska se jättää näkyvän jäljen paperille), joten teippi erottaa suomut helposti. Game laittoi ilmateipin mikroskoopin alle ja havaitsi, että grafiitin paksuus oli ohuempi kuin mitä hän oli tähän mennessä nähnyt. Taittamalla, puristamalla ja vetämällä teippiä irti hän onnistui saamaan vielä ohuempia kerroksia.
Peli onnistui eristämään ensimmäistä kertaa kaksiulotteisen materiaalin: monoatomisen hiilikerroksen, joka atomimikroskoopilla näyttää litteältä kuusikulmioiden hil alta, joka muistuttaa hunajakennoa. Teoreettiset fyysikot kutsuivat tällaista ainetta grafeeniksi, mutta he eivät olettaneet, että sitä voitaisiin saada huoneenlämpötilassa. Heistä näytti, että materiaali hajoaisi mikroskooppisiksi palloiksi. Sen sijaan Game näki, että grafeeni pysyi yhdessätaso, joka a altoilee aineen stabiloituessa.
Grafeeni: merkittäviä ominaisuuksia
Andrei Game pyysi avuksi jatko-opiskelija Konstantin Novoselov, ja he alkoivat tutkia uutta ainetta neljätoista tuntia päivässä. Seuraavien kahden vuoden aikana he suorittivat sarjan kokeita, joiden aikana he löysivät materiaalin hämmästyttävät ominaisuudet. Ainutlaatuisen rakenteensa ansiosta elektronit voivat liikkua hilan läpi esteettä ja epätavallisen nopeasti ilman muiden kerrosten vaikutusta. Grafeenin johtavuus on tuhansia kertoja suurempi kuin kuparin. Pelin ensimmäinen paljastus oli havaittavissa voimakas "kenttävaikutus", joka tapahtuu sähkökentän läsnä ollessa, mikä mahdollistaa johtumisen hallinnan. Tämä vaikutus on yksi tietokonesiruissa käytetyn piin määrittelevistä ominaisuuksista. Tämä viittaa siihen, että grafeeni voisi olla korvaaja, jota tietokonevalmistajat ovat etsineet vuosia.
Tie tunnustukseen
Game ja Konstantin Novoselov kirjoittivat kolmisivuisen paperin, jossa kuvattiin löytöjään. Nature hylkäsi sen kahdesti, ja yksi arvioija sanoi, että vakaan kaksiulotteisen materiaalin eristäminen oli mahdotonta, ja toinen ei nähnyt siinä "riittävää tieteellistä edistystä". Mutta lokakuussa 2004 Science-lehdessä julkaistiin artikkeli nimeltä "Electric Field Effect in Atomically Thick Carbon Films", joka teki suuren vaikutuksen tutkijoihin - heidän silmiensä edessä fantasia muuttui todeksi.
Löytöjen lumivyöry
Laboratoriot ympäri maailmaa aloittivat tutkimuksen Geimin teippitekniikalla, ja tutkijat ovat tunnistaneet muita grafeenin ominaisuuksia. Vaikka se oli maailmankaikkeuden ohuin materiaali, se oli 150 kertaa vahvempi kuin teräs. Grafeeni osoittautui muokattavaksi, kuten kumi, ja pystyi venymään jopa 120 % pituudestaan. Philip Kimin ja sitten Columbian yliopiston tutkijoiden tutkimuksen ansiosta havaittiin, että tämä materiaali on vieläkin sähköä johtavampaa kuin aiemmin. Kim laittoi grafeenin tyhjiöön, jossa mikään muu materiaali ei voinut hidastaa sen subatomisten hiukkasten liikettä, ja osoitti, että sillä on "liikkuvuus" - nopeus, jolla sähkövaraus kulkee puolijohteen läpi - 250 kertaa nopeammin kuin pii.
Tekninen kilpailu
Vuonna 2010, kuusi vuotta Andrei Geimin ja Konstantin Novoselovin löydön jälkeen, heille myönnettiin Nobel-palkinto. Tuolloin media kutsui grafeenia "ihmemateriaaliksi", aineeksi, joka "voisi muuttaa maailmaa". Häntä lähestyivät akateemiset tutkijat fysiikan, sähkötekniikan, lääketieteen, kemian jne. aloilta. Patentit myönnettiin grafeenin käytölle akuissa, joustavissa näytöissä, veden suolanpoistojärjestelmissä, kehittyneissä aurinkokennoissa ja ultranopeissa mikrotietokoneissa.
Kiinan tutkijat ovat luoneet maailman kevyimmän materiaalin – grafeeniairgeelin. Se on 7 kertaa ilmaa kevyempi - yksi kuutiometri ainetta painaa vain 160 g Grafeeniairgeeli syntyy pakastekuivaamalla grafeenia ja nanoputkia sisältävä geeli.
Manchesterin yliopistoon,jossa Game ja Novoselov työskentelevät, Britannian hallitus investoi 60 miljoonaa dollaria National Graphene Instituten perustamiseen sen pohjalle, mikä antaisi maalle mahdollisuuden olla samalla tasolla maailman parhaiden patentinh altijoiden - Korean, Kiinan ja Yhdysv altojen kanssa, jotka aloittivat patentin kilpaa luodakseen maailman ensimmäiset vallankumoukselliset tuotteet, jotka perustuvat uuteen materiaaliin.
Kunnianimikkeet ja palkinnot
Elävän sammakon magneettisen levitaatiokokeilu ei tuottanut aivan Michael Berryn ja Andrey Gamen odottamaa tulosta. Ig Nobel -palkinto myönnettiin heille vuonna 2000
Vuonna 2006 Game sai Scientific American 50 -palkinnon.
Vuonna 2007 Fysiikan instituutti myönsi hänelle Mott-palkinnon ja mitalin. Samaan aikaan Game valittiin Royal Societyn jäseneksi.
Game ja Novoselov jakoivat vuoden 2008 Europhysics-palkinnon "monatomisen hiilikerroksen löytämisestä ja eristämisestä ja sen merkittävien elektronisten ominaisuuksien määrittämisestä". Vuonna 2009 hän sai Kerber-palkinnon.
Vuoden 2010 Andre Geim John Carthy -palkinto Yhdysv altain kansalliselta tiedeakatemi alta myönnettiin "hänen grafeenin, hiilen kaksiulotteisen muodon, kokeellisesta toteuttamisesta ja tutkimuksesta".
Myös vuonna 2010 hän sai yhden Royal Societyn kuudesta kunniaprofessorista ja Hughes-mitalin "grafeenin ja sen merkittävien ominaisuuksien vallankumouksellisesta löydöstä". Geimille on myönnetty kunniatohtori Delftin teknillisessä yliopistossa, ETH Zürichissä, yliopistoissaAntwerpen ja Manchester.
Vuonna 2010 hänelle myönnettiin Alankomaiden leijonan ritarikunta panoksestaan Hollannin tieteeseen. Vuonna 2012 Game ylennettiin tieteen palveluksessa poikamiesritariksi. Hänet valittiin Yhdysv altain tiedeakatemian ulkomaan kirjeenvaihtajajäseneksi toukokuussa 2012
Nobel-palkittu
Game ja Novoselov saivat fysiikan Nobel-palkinnon 2010 uraauurtavasta työstään grafeenin parissa. Palkinnosta kuultuaan Game sanoi, ettei hän odottanut saavansa sitä tänä vuonna eikä aio muuttaa välittömiä suunnitelmiaan. Moderni fyysikko on ilmaissut toivonsa, että grafeeni ja muut kaksiulotteiset kiteet muuttavat ihmiskunnan jokapäiväistä elämää samalla tavalla kuin muovi. Palkinto teki hänestä ensimmäisen henkilön, joka voitti sekä Nobel- että Ig Nobel -palkinnon samanaikaisesti. Luento pidettiin 8. joulukuuta 2010 Tukholman yliopistossa.
