Sir Andrej Konstantinovič Geim je član Kraljeve družbe, sodelavec Univerze v Manchestru in britansko-nizozemski fizik, rojen v Rusiji. Skupaj s Konstantinom Novoselovim je leta 2010 prejel Nobelovo nagrado za fiziko za svoje delo na grafenu. Trenutno je profesor Regius in direktor Centra za mezoznanost in nanotehnologijo na Univerzi v Manchestru.
Andrey Geim: biografija
Rojen 21.10.58 v družini Konstantina Aleksejeviča Geima in Nine Nikolajevne Bayer. Njegovi starši so bili sovjetski inženirji nemškega porekla. Po Geimu je bila babica njegove matere Židovka in je trpel za antisemitizmom, ker njegov priimek zveni judovsko. Game ima brata Vladislava. Leta 1965 se je njegova družina preselila v Nalčik, kjer je študiral na šoli, specializirani za angleščino. Po diplomi z odliko je dvakrat poskušal vpisati MEPhI, vendar ni bil sprejet. Nato se je prijavil na Moskovski inštitut za fiziko in tehnologijo in tokrat mu je uspelo vstopiti. Po njegovem mnenjuPo njegovih besedah so študentje zelo pridno študirali – pritisk je bil tako močan, da so se ljudje pogosto zlomili in zapuščali študij, nekateri pa so končali z depresijo, shizofrenijo in samomorom.
Akademska kariera
Andrey Geim je diplomiral leta 1982, leta 1987 pa je doktoriral iz kovinske fizike na Inštitutu za fiziko trdnega telesa Ruske akademije znanosti v Černoolovki. Po mnenju znanstvenika takrat ni želel slediti tej smeri, raje je imel fiziko osnovnih delcev ali astrofiziko, danes pa je s svojo izbiro zadovoljen.
Game je delal kot raziskovalec na Inštitutu za mikroelektronsko tehnologijo pri Ruski akademiji znanosti, od leta 1990 pa na univerzah v Nottinghamu (dvakrat), Bathu in Kopenhagnu. Po njegovih besedah bi lahko raziskoval v tujini in se ne ukvarjal s politiko, zato se je odločil zapustiti ZSSR.
Delo na Nizozemskem
Andrey Geim je svoj prvi redni položaj prevzel leta 1994, ko je postal docent na Univerzi v Nijmegnu, kjer je študiral mezoskopsko superprevodnost. Kasneje je prejel nizozemsko državljanstvo. Eden od njegovih podiplomskih študentov je bil Konstantin Novoselov, ki je postal njegov glavni raziskovalni partner. Vendar pa po Geimu njegova akademska kariera na Nizozemskem še zdaleč ni bila rožnata. Ponudili so mu mesto profesorja v Nijmegnu in Eindhovnu, a ga je zavrnil, ker se mu je zdel nizozemski akademski sistem preveč hierarhičen in poln malega politikantstva, popolnoma drugačen od britanskega, kjer so vsi zaposleni enaki v pravicah. V svojem Nobelovem predavanju je Game kasneje dejal, da je bila ta situacija nekoliko nadrealistična, saj so ga zunaj zidov univerze povsod toplo sprejeli, vključno z njegovim nadzornikom in drugimi znanstveniki.
Selitev v Združeno kraljestvo
Leta 2001 je Game postal profesor fizike na Univerzi v Manchestru, leta 2002 pa je bil imenovan za direktorja Manchesterskega centra za mezoznanost in nanotehnologijo in profesorja Langworthyja. V Manchester se je kot učiteljica preselila tudi njegova žena in dolgoletna sodelavka Irina Grigorieva. Kasneje se jim je pridružil Konstantin Novoselov. Od leta 2007 je Game višji sodelavec v Svetu za inženirske in fizikalne raziskave. Leta 2010 ga je Univerza v Nijmegenu imenovala za profesorja inovativnih materialov in nanoznanosti.
Raziskava
Game je v sodelovanju z znanstveniki z univerze v Manchestru in IMT našla preprost način za izolacijo ene plasti grafitnih atomov, znanih kot grafen. Oktobra 2004 je skupina objavila svoje ugotovitve v reviji Science.
Grafen je sestavljen iz plasti ogljika, katerega atomi so razporejeni v obliki dvodimenzionalnih šesterokotnikov. Je najtanjši material na svetu, pa tudi eden najmočnejših in najtrših. Snov ima veliko potencialnih uporab in je odlična alternativa siliciju. Ena od prvih uporab grafena bi lahko bil razvoj prilagodljivih zaslonov na dotik, je dejal Geim. Novega materiala ni patentiral, ker bi zahteval določenoobseg in partner v industriji.
Fizik je razvijal biomimetično lepilo, ki je postalo znano kot gekonski trak zaradi lepljivosti gekonovih okončin. Te študije so še v zgodnjih fazah, vendar že dajejo upanje, da bodo ljudje v prihodnosti lahko plezali po stropih, kot je Spider-Man.
Leta 1997 je Game proučeval učinke magnetizma na vodo, kar je pripeljalo do znamenitega odkritja neposredne diamagnetne levitacije vode, ki je postala splošno znana zaradi demonstracije lebdeče žabe. Delal je tudi na področju superprevodnosti in mezoskopske fizike.
Game je o izbiri predmetov za svoje raziskave dejal, da prezira pristop mnogih, ki si izberejo predmet za doktorat in nato nadaljujejo z istim predmetom do upokojitve. Preden je dobil svojo prvo zaposlitev za polni delovni čas, je petkrat zamenjal predmet in to mu je pomagalo, da se je veliko naučil.
V članku iz leta 2001 je svojega ljubljenega hrčka imenoval Tisha kot soavtorja.
Zgodovina odkritja grafena
Nekega jesenskega večera leta 2002 je Andrey Geim razmišljal o ogljiku. Specializiral se je za mikroskopsko tanke materiale in se spraševal, kako se lahko najtanjše plasti snovi obnašajo v določenih eksperimentalnih pogojih. Grafit, sestavljen iz monoatomskih filmov, je bil očiten kandidat za raziskave, vendar bi ga standardne metode za izolacijo ultratankih vzorcev pregrevale in uničile. Tako je Game dodelil enega od novih podiplomskih študentov, Da Jianga,poskusite dobiti čim tanjši vzorec, celo nekaj sto plasti atomov, s poliranjem enega palca velikega grafitnega kristala. Nekaj tednov pozneje je Jiang v petrijevko prinesel zrno ogljika. Ko ga je pregledal pod mikroskopom, ga je Game prosil, naj poskusi znova. Jiang je rekel, da je to vse, kar je ostalo od kristala. Medtem ko mu je Game v šali očital, da je obrisal goro, da bi dobil zrno peska, je eden od njegovih starejših v košu za smeti videl kepe rabljenega traku, katerega lepljiva stran je bila prekrita s sivim, rahlo svetlečim filmom ostankov grafita.
V laboratorijih po vsem svetu raziskovalci uporabljajo trak za testiranje adhezivnih lastnosti eksperimentalnih vzorcev. Plasti ogljika, ki sestavljajo grafit, so ohlapno vezane (od leta 1564 se material uporablja v svinčnikih, saj pušča vidno sled na papirju), tako da lepilni trak zlahka loči luske. Game je pod mikroskop postavil kos lepilnega traku in ugotovil, da je debelina grafita tanjša od tistega, kar je videl do zdaj. S prepogibanjem, stiskanjem in raztezanjem traku mu je uspelo doseči še tanjše plasti.
Game je prvič uspelo izolirati dvodimenzionalni material: enoatomsko plast ogljika, ki pod atomskim mikroskopom izgleda kot ravna rešetka šesterokotnikov, ki spominja na satje. Teoretični fiziki so takšno snov poimenovali grafen, vendar niso domnevali, da jo je mogoče dobiti pri sobni temperaturi. Zdelo se jim je, da se bo material razpadel v mikroskopske kroglice. Namesto tega je Game videl, da je grafen ostal v enemravnina, ki valovi, ko se materija stabilizira.
Grafen: izjemne lastnosti
Andrei Game je zaprosil za pomoč podiplomskega študenta Konstantina Novoselova in začeli so štrinajst ur na dan preučevati novo snov. V naslednjih dveh letih so izvedli vrsto poskusov, med katerimi so odkrili neverjetne lastnosti materiala. Zaradi svoje edinstvene strukture se lahko elektroni, ne da bi nanje vplivali drugi sloji, neovirano in nenavadno hitro premikajo skozi mrežo. Prevodnost grafena je tisočkrat večja od prevodnosti bakra. Prvo odkritje igre je bilo opazovanje izrazitega "poljskega učinka", ki se pojavi v prisotnosti električnega polja, ki omogoča nadzor prevodnosti. Ta učinek je ena od ključnih značilnosti silicija, ki se uporablja v računalniških čipih. To nakazuje, da bi grafen lahko nadomestilo, ki so ga proizvajalci računalnikov iskali že leta.
Pot do prepoznavnosti
Game in Konstantin Novoselov sta napisala tristranski dokument, v katerem sta opisala svoja odkritja. Nature ga je dvakrat zavrnila, pri čemer je en recenzent dejal, da je izolacija stabilnega dvodimenzionalnega materiala nemogoča, drugi pa v njem ni videl "zadostnega znanstvenega napredka". Toda oktobra 2004 je bil v reviji Science objavljen članek z naslovom "Učinek električnega polja v atomsko debelih ogljikovih filmih", ki je naredil velik vtis na znanstvenike - pred njihovimi očmi je fantazija postala resničnost.
Lavin odkritij
Laboratoriji po vsem svetu so začeli raziskovati z uporabo Geimove tehnike lepilnega traku, znanstveniki pa so odkrili druge lastnosti grafena. Čeprav je bil najtanjši material v vesolju, je bil 150-krat močnejši od jekla. Izkazalo se je, da je grafen kovljiv, kot guma, in se lahko raztegne do 120 % svoje dolžine. Zahvaljujoč raziskavam Philipa Kima in nato znanstvenikov z univerze Columbia je bilo ugotovljeno, da je ta material še bolj električno prevoden, kot je bilo ugotovljeno prej. Kim je grafen postavila v vakuum, kjer noben drug material ne bi mogel upočasniti gibanja njegovih subatomskih delcev, in pokazala, da ima "gibljivost" - hitrost, s katero električni naboj potuje skozi polprevodnik - 250-krat hitreje kot silicij.
Tehnična dirka
Leta 2010, šest let po odkritju Andreja Geima in Konstantina Novoselova, so jima navsezadnje podelili Nobelovo nagrado. Takrat so mediji grafen imenovali »čudežni material«, snov, ki bi »lahko spremenila svet«. Nanj so se obrnili akademski raziskovalci s področij fizike, elektrotehnike, medicine, kemije itd. Izdali so patente za uporabo grafena v baterijah, fleksibilnih zaslonih, sistemih za razsoljevanje vode, naprednih sončnih celicah, ultra hitrih mikroračunalnikih.
Znanstveniki na Kitajskem so ustvarili najlažji material na svetu - grafen aerogel. Je 7-krat lažji od zraka – en kubični meter snovi tehta le 160 g. Grafenski aerogel nastane s sušenjem z zamrzovanjem gela, ki vsebuje grafen in nanocevke.
Na univerzo v Manchestru,kjer delata Game in Novoselov, je britanska vlada vložila 60 milijonov dolarjev za ustanovitev Nacionalnega inštituta za grafen na njegovi podlagi, ki bi državi omogočil, da se bo izenačila z najboljšimi imetniki patentov na svetu - Korejo, Kitajsko in ZDA, ki so začele tekmujejo za ustvarjanje prvih revolucionarnih izdelkov na svetu na podlagi novega materiala.
Častni nazivi in nagrade
Poskus z magnetno levitacijo žive žabe ni prinesel pravega rezultata, kot sta ga pričakovala Michael Berry in Andrey Game. Ig Nobelovo nagrado so jim podelili leta 2000
Leta 2006 je igra prejela nagrado Scientific American 50.
Leta 2007 mu je Inštitut za fiziko podelil Mottovo nagrado in medaljo. Hkrati je bil Game izvoljen za člana Kraljeve družbe.
Game in Novoselov sta si leta 2008 podelila nagrado Europhysics "za odkritje in izolacijo enoatomske plasti ogljika in določitev njegovih izjemnih elektronskih lastnosti." Leta 2009 je prejel nagrado Kerber.
Ameriška nacionalna akademija znanosti je nagrado Andre Geim John Carthy leta 2010 podelila "za njegovo eksperimentalno realizacijo in študij grafena, dvodimenzionalne oblike ogljika."
Prav tako je leta 2010 prejel enega od šestih častnih profesorjev Kraljeve družbe in Hughesovo medaljo "za revolucionarno odkritje grafena in njegovih izjemnih lastnosti." Geim je prejel častni doktorat Tehnološke univerze Delft, ETH Zürich, univerzeAntwerpen in Manchester.
Leta 2010 je bil odlikovan z redom nizozemskega leva za svoj prispevek k nizozemski znanosti. Leta 2012 je bil Game zaradi zaslug za znanost povišan v viteze samca. Maja 2012 je bil izvoljen za tujega dopisnega člana Akademije znanosti Združenih držav
Nobelov nagrajenec
Game in Novoselov sta za pionirsko delo na grafenu prejela Nobelovo nagrado za fiziko leta 2010. Ko je izvedel za nagrado, je Game dejal, da je ne pričakuje, da jo bo prejel letos in ne namerava spremeniti svojih neposrednih načrtov. Sodobni fizik je izrazil upanje, da bodo grafen in drugi dvodimenzionalni kristali spremenili vsakdanje življenje človeštva na enak način kot plastika. Nagrada je postala prva oseba, ki je hkrati prejela tako Nobelovo kot Ig Nobelovo nagrado. Predavanje je potekalo 8. decembra 2010 na Univerzi v Stockholmu.
