Sir Andrei Konstantinovitš Geim on Kuningliku Seltsi liige, Manchesteri ülikooli liige ja vene päritolu Briti-Hollandi füüsik. Koos Konstantin Novoseloviga pälvis ta 2010. aastal Nobeli füüsikaauhinna grafeenialase töö eest. Praegu on ta Regiuse professor ning Manchesteri ülikooli mesoteaduse ja nanotehnoloogia keskuse direktor.
Andrey Geim: elulugu
Sündis 21.10.58 Konstantin Aleksejevitš Geimi ja Nina Nikolaevna Bayeri perekonnas. Tema vanemad olid Saksa päritolu nõukogude insenerid. Geimi sõnul oli tema ema vanaema juut ja ta kannatas antisemitismi käes, kuna tema perekonnanimi kõlab juudilikult. Mängul on vend Vladislav. 1965. aastal kolis tema pere N altšiki, kus ta õppis inglise keelele spetsialiseerunud koolis. Pärast kiitusega lõpetamist proovis ta kaks korda MEPhI-sse astuda, kuid teda ei võetud vastu. Seejärel kandideeris ta Moskva Füüsika- ja Tehnoloogiainstituuti ning seekord õnnestus tal sisse astuda. Tema arvatesTema sõnul õppisid õpilased väga kõvasti - surve oli nii tugev, et sageli inimesed katkestasid ja jätsid õpingud pooleli ning mõned lõpetasid depressiooni, skisofreenia ja enesetapuga.
Akadeemiline karjäär
Andrey Geim sai diplomi 1982. aastal ja 1987. aastal sai temast Tšernogolovkas asuva Venemaa Teaduste Akadeemia Tahkisfüüsika Instituudi metallifüüsika doktorikraad. Teadlase sõnul ei soovinud ta toona seda suunda jätkata, eelistades elementaarosakeste füüsikat või astrofüüsikat, kuid tänaseks on ta oma valikuga rahul.
Game töötas teadurina Venemaa Teaduste Akadeemia Mikroelektroonika Tehnoloogia Instituudis ning alates 1990. aastast Nottinghami (kaks korda), Bathi ja Kopenhaageni ülikoolides. Tema sõnul võiks ta välismaal teadustööd teha, mitte poliitikaga tegeleda, mistõttu otsustas ta NSV Liidust lahkuda.
Töötamine Hollandis
Andrey Geim asus oma esimese täiskohaga ametikohale 1994. aastal, kui temast sai mesoskoopilist ülijuhtivust uuriva Nijmegeni ülikooli dotsent. Hiljem sai ta Hollandi kodakondsuse. Üks tema magistrantidest oli Konstantin Novoselov, kellest sai tema peamine uurimispartner. Kuid Geimi sõnul ei olnud tema akadeemiline karjäär Hollandis kaugeltki roosiline. Talle pakuti professuurikohti Nijmegenis ja Eindhovenis, kuid ta keeldus sellest, kuna leidis, et Hollandi akadeemiline süsteem on liiga hierarhiline ja täis väiklast politiseerimist, see erineb sootuks Briti omast, kus iga töötaja on võrdsete õiguste poolest. Oma Nobeli loengus ütles Game hiljem, et see olukord oli veidi sürreaalne, sest väljaspool ülikooli seinu võeti ta kõikjal sooj alt vastu, sealhulgas tema juhendaja ja teised teadlased.
Ühendkuningriiki kolimine
2001. aastal sai Gamest Manchesteri ülikooli füüsikaprofessor ning 2002. aastal määrati ta Manchesteri mesoteaduse ja nanotehnoloogia keskuse direktoriks ning professor Langworthyks. Tema abikaasa ja kauaaegne kaastöötaja Irina Grigorjeva kolis samuti Manchesteri õpetajaks. Hiljem liitus nendega Konstantin Novoselov. Alates 2007. aastast on Game inseneri- ja füüsikateaduste teadusnõukogu vanemteadur. 2010. aastal määras Nijmegeni ülikool ta uuenduslike materjalide ja nanoteaduste professoriks.
Uuring
Mäng on koostöös Manchesteri ülikooli ja IMT teadlastega leidnud lihtsa viisi ühe grafiidiaatomite kihi, mida tuntakse grafeeni nime all, eraldamiseks. 2004. aasta oktoobris avaldas rühm oma tulemused ajakirjas Science.
Grafeen koosneb süsinikukihist, mille aatomid on paigutatud kahemõõtmeliste kuusnurkade kujul. See on maailma kõige õhem materjal, samuti üks tugevamaid ja kõvemaid. Ainel on palju kasutusvõimalusi ja see on suurepärane alternatiiv ränile. Üks esimesi grafeeni kasutusviise võiks olla paindlike puuteekraanide väljatöötamine, ütles Geim. Ta ei patenteerinud uut materjali, sest see nõuaks teatudulatus ja partner tööstuses.
Füüsik töötas välja biomimeetilist liimi, mis sai geko jäsemete kleepuvuse tõttu tuntuks kui gekoteip. Need uuringud on alles algusjärgus, kuid annavad juba lootust, et tulevikus suudavad inimesed nagu Ämblikmees lakke ronida.
Aastal 1997 uuris Game magnetismi mõju veele, mis viis kuulsa vee otsese diamagnetilise levitatsiooni avastamiseni, mis sai laialdaselt tuntuks tänu leviteeriva konna demonstreerimisele. Ta tegeles ka ülijuhtivuse ja mesoskoopilise füüsikaga.
Oma uurimistöö ainete valiku kohta ütles Game, et ta põlgab seda, et paljud valivad oma doktorikraadiks aine ja jätkavad sama ainega kuni pensionini. Enne oma esimese täiskohaga ametikoha saamist vahetas ta viis korda teemat ja see aitas tal palju õppida.
Ühes 2001. aasta artiklis nimetas ta kaasautoriks oma armastatud hamstri Tisha.
Grafeeni avastamise ajalugu
Ühel 2002. aasta sügisõhtul mõtles Andrey Geim süsinikule. Ta oli spetsialiseerunud mikroskoopiliselt õhukestele materjalidele ja mõtles, kuidas võiksid teatud katsetingimustes käituda kõige õhemad ainekihid. Monaatomilistest kiledest koosnev grafiit oli uurimistöö jaoks ilmselge kandidaat, kuid üliõhukeste proovide eraldamise standardmeetodid kuumeneksid üle ja hävitasid selle. Nii määras Game ühe uutest kraadiõppuritest, Da Jiangi,proovige saada võimalikult õhuke proov, kasvõi paarsada aatomikihti, poleerides ühe tolli suurust grafiidikristalli. Paar nädalat hiljem tõi Jiang Petri tassis süsiniku tera. Pärast seda mikroskoobi all uurides palus Game tal uuesti proovida. Jiang ütles, et see on kõik, mis kristallist järele jäi. Samal ajal kui Game heitis talle naljaga ette, et ta pühkis liivatera saamiseks mäge, nägi üks tema pensionäridest prügikorvis kasutatud teibi tükke, mille kleepuv pool oli kaetud halli, kergelt läikiva grafiidijäägi kilega.
Laborites üle maailma kasutavad teadlased katseproovide kleepuvusomaduste testimiseks teipi. Grafiiti moodustavad süsinikukihid on omavahel lõdv alt ühendatud (alates 1564. aastast on materjali kasutatud pliiatsites, kuna see jätab paberile nähtava jälje), nii et kleeplint eraldab kaalud kergesti. Game pani kleeplindi tüki mikroskoobi alla ja leidis, et grafiidi paksus oli õhem, kui ta seni oli näinud. Teipi voltides, pigistades ja lahti tõmmates õnnestus tal saavutada veelgi õhemad kihid.
Mängul õnnestus esimest korda eraldada kahemõõtmeline materjal: monoatomne süsinikukiht, mis aatommikroskoobis näeb välja nagu kuusnurkade lame võre, mis meenutab kärjestruktuuri. Teoreetilised füüsikud nimetasid sellist ainet grafeeniks, kuid nad ei eeldanud, et seda on võimalik saada toatemperatuuril. Neile tundus, et materjal laguneb mikroskoopilisteks pallideks. Selle asemel nägi Game, et grafeen jäi ühtetasapind, mis lainetab aine stabiliseerumisel.
Grafeen: tähelepanuväärsed omadused
Andrei Game kutsus appi magistrandi Konstantin Novoselovi ja nad hakkasid neliteist tundi päevas uut ainet uurima. Järgmise kahe aasta jooksul viisid nad läbi rea katseid, mille käigus avastasid materjali hämmastavad omadused. Tänu oma ainulaadsele struktuurile võivad elektronid ilma teiste kihtide mõjutamata liikuda läbi võre takistamatult ja ebatavaliselt kiiresti. Grafeeni juhtivus on tuhandeid kordi suurem kui vasel. Mängu esimene ilmutus oli tugeva "väljaefekti" jälgimine, mis tekib elektrivälja juuresolekul, mis võimaldab juhtida juhtivust. See efekt on arvutikiipides kasutatava räni üks määravaid omadusi. See viitab sellele, et grafeen võib olla asendus, mida arvutitootjad on aastaid otsinud.
Tee tunnustuseni
Game ja Konstantin Novoselov kirjutasid kolmeleheküljelise paberi, milles kirjeldasid oma avastusi. Loodus lükkas selle kaks korda tagasi, üks arvustaja ütles, et stabiilse kahemõõtmelise materjali eraldamine on võimatu ja teine ei näinud selles "piisavat teaduslikku arengut". Kuid 2004. aasta oktoobris avaldati ajakirjas Science artikkel pealkirjaga "Elektrivälja efekt aatomipaksu süsiniku kiledes", mis jättis teadlastele suure mulje – fantaasia sai nende silme all reaalsuseks.
Avastuste laviin
Laborid üle maailma alustasid uuringuid Geimi kleeplindi tehnikaga ja teadlased on tuvastanud grafeeni muid omadusi. Kuigi see oli universumi kõige õhem materjal, oli see terasest 150 korda tugevam. Grafeen osutus tempermalmist, nagu kumm, ja võis venitada kuni 120% oma pikkusest. Tänu Philip Kimi ja seejärel Columbia ülikooli teadlaste uuringutele leiti, et see materjal on veelgi elektrit juhtivam kui varem. Kim pani grafeeni vaakumisse, kus ükski teine materjal ei suuda selle subatomaarsete osakeste liikumist aeglustada, ja näitas, et sellel on "liikuvus" – kiirus, millega elektrilaeng liigub läbi pooljuhi – 250 korda kiirem kui räni.
Tehnikavõistlus
Aastal 2010, kuus aastat pärast Andrei Geimi ja Konstantin Novoselovi avastust, anti neile siiski Nobeli preemia. Tol ajal nimetas meedia grafeeni "imematerjaliks", aineks, mis "võib muuta maailma". Tema poole pöördusid akadeemilised teadlased füüsika, elektrotehnika, meditsiini, keemia jne valdkondades. Väljastati patendid grafeeni kasutamiseks patareides, painduvates ekraanides, vee magestamissüsteemides, täiustatud päikesepatareides ja ülikiiretes mikroarvutites.
Hiina teadlased on loonud maailma kergeima materjali – grafeeni aerogeeli. See on õhust 7 korda kergem – üks kuupmeeter ainet kaalub vaid 160 g. Grafeeni aerogeel saadakse grafeeni ja nanotorusid sisaldava geeli külmkuivatamisel.
Manchesteri ülikooli,kus Game ja Novoselov töötavad, investeeris Briti valitsus 60 miljonit dollarit, et selle baasil luua National Graphene Institute, mis võimaldaks riigil olla samal tasemel maailma parimate patendiomanikega – Korea, Hiina ja USA, mis alustas võidujooks, et luua maailma esimesed revolutsioonilised uuel materjalil põhinevad tooted.
Aunimetused ja auhinnad
Elava konna magnetilise levitatsiooni katse ei andnud päris sellist tulemust, mida Michael Berry ja Andrey Game ootasid. Ig Nobeli preemia anti neile aastal 2000
Aastal 2006 sai mäng Scientific American 50 auhinna.
Aastal 2007 andis Füüsika Instituut talle Motti auhinna ja medali. Samal ajal valiti Game Royal Society liikmeks.
Game ja Novoselov jagasid 2008. aasta eurofüüsika auhinda "monatoomilise süsinikukihi avastamise ja isoleerimise ning selle märkimisväärsete elektrooniliste omaduste määramise eest". 2009. aastal sai ta Kerberi auhinna.
USA Riikliku Teaduste Akadeemia 2010. aasta Andre Geim John Carthy auhind anti "tema grafeeni, süsiniku kahemõõtmelise vormi eksperimentaalse teostamise ja uurimise eest".
Samuti pälvis ta 2010. aastal ühe Kuningliku Seltsi kuuest auprofessorist ja Hughesi medali "grafeeni ja selle tähelepanuväärsete omaduste revolutsioonilise avastamise eest". Geimile on omistatud Delfti Tehnikaülikooli, ETH Zürichi ülikoolide audoktori kraadAntwerpen ja Manchester.
2010. aastal autasustati teda Hollandi lõvi ordeniga panuse eest Hollandi teadusesse. 2012. aastal ülendati Game teaduse heaks tehtud teenete eest poissmeeste rüütliteks. 2012. aasta mais valiti ta Ameerika Ühendriikide Teaduste Akadeemia väliskorrespondentliikmeks
Nobeli preemia laureaat
Game ja Novoselov pälvisid 2010. aasta Nobeli füüsikaauhinna grafeeniga seotud teedrajava töö eest. Auhinnast kuuldes ütles Game, et ei lootnud selle sel aastal saada ega kavatse oma lähiplaane muuta. Kaasaegne füüsik on avaldanud lootust, et grafeen ja teised kahemõõtmelised kristallid muudavad inimkonna igapäevaelu samamoodi nagu plastik. Auhind tegi temast esimese inimese, kes võitis korraga nii Nobeli kui ka Ig Nobeli preemia. Loeng toimus 8. detsembril 2010 Stockholmi Ülikoolis.
