Sir Andrey Konstantinovich Geim je členem Královské společnosti, členem univerzity v Manchesteru a britsko-nizozemský fyzik ruského původu. Spolu s Konstantinem Novoselovem mu byla v roce 2010 udělena Nobelova cena za fyziku za práci o grafenu. V současné době je profesorem Regius a ředitelem Centra pro mezovědu a nanotechnologii na univerzitě v Manchesteru.
Andrey Geim: biografie
Narozen 21.10.58 v rodině Konstantina Alekseeviče Geima a Niny Nikolaevny Bayerové. Jeho rodiče byli sovětští inženýři německého původu. Podle Geima byla babička jeho matky Židovka a on trpěl antisemitismem, protože jeho příjmení zní židovsky. Hra má bratra Vladislava. V roce 1965 se jeho rodina přestěhovala do Nalčiku, kde studoval na škole se specializací na angličtinu. Po promoci s vyznamenáním se dvakrát pokusil vstoupit do MEPhI, ale nebyl přijat. Poté se přihlásil na Moskevský institut fyziky a technologie a tentokrát se mu podařilo vstoupit. Podle nějStudenti se podle něj učili velmi tvrdě – tlak byl tak silný, že se často lidé zhroutili a opustili studia a někteří skončili s depresemi, schizofrenií a sebevraždou.
Akademická kariéra
Andrey Geim získal diplom v roce 1982 a v roce 1987 získal titul PhD ve fyzice kovů na Ústavu fyziky pevných látek Ruské akademie věd v Černogolovce. Podle vědce se v té době nechtěl ubírat tímto směrem, preferoval fyziku elementárních částic nebo astrofyziku, ale dnes je se svou volbou spokojen.
Game pracoval jako výzkumný pracovník v Ústavu mikroelektronické technologie při Ruské akademii věd a od roku 1990 na univerzitách v Nottinghamu (dvakrát), Bath a Kodaň. Podle něj mohl dělat výzkum v zahraničí, a ne se zabývat politikou, a proto se rozhodl opustit SSSR.
Práce v Nizozemsku
Andrey Geim zaujal svou první pozici na plný úvazek v roce 1994, kdy se stal odborným asistentem na univerzitě v Nijmegenu, kde studoval mezoskopickou supravodivost. Později obdržel nizozemské občanství. Jedním z jeho postgraduálních studentů byl Konstantin Novoselov, který se stal jeho hlavním výzkumným partnerem. Jeho akademická kariéra v Nizozemsku však podle Geima nebyla zdaleka tak růžová. Byly mu nabídnuty profesury v Nijmegenu a Eindhovenu, ale odmítl to, protože se mu zdál nizozemský akademický systém příliš hierarchický a plný drobného politikaření, je úplně jiný než ten britský, kde jsou si všichni zaměstnanci rovni v právech. Ve své Nobelově přednášce Game později řekl, že tato situace byla trochu surrealistická, protože mimo zdi univerzity byl všude vřele vítán, včetně svého nadřízeného a dalších vědců.
Stěhování do Spojeného království
V roce 2001 se Game stal profesorem fyziky na univerzitě v Manchesteru a v roce 2002 byl jmenován ředitelem Manchesterského centra pro mesovědu a nanotechnologie a profesorem Langworthym. Do Manchesteru se jako učitelka přestěhovala i jeho manželka a dlouholetá spolupracovnice Irina Grigorieva. Později se k nim přidal Konstantin Novoselov. Od roku 2007 je Game Senior Fellow v Engineering and Physical Science Research Council. V roce 2010 ho Univerzita v Nijmegenu jmenovala profesorem inovativních materiálů a nanověd.
Výzkum
Game ve spolupráci s vědci z University of Manchester a IMT našla jednoduchý způsob, jak izolovat jedinou vrstvu atomů grafitu, známé jako grafen. V říjnu 2004 skupina zveřejnila své poznatky v časopise Science.
Grafen se skládá z vrstvy uhlíku, jejíž atomy jsou uspořádány do podoby dvourozměrných šestiúhelníků. Je to nejtenčí materiál na světě a zároveň jeden z nejpevnějších a nejtvrdších. Látka má mnoho potenciálních použití a je vynikající alternativou křemíku. Jedním z prvních využití grafenu by mohl být vývoj flexibilních dotykových obrazovek, řekl Geim. Nepatentoval nový materiál, protože by to vyžadovalo jistérozsah a partner v oboru.
Fyzik vyvíjel biomimetické lepidlo, které se díky lepivosti gekonových končetin stalo známé jako gecko tape. Tyto studie jsou stále v rané fázi, ale již dávají naději, že v budoucnu budou lidé schopni lézt po stropech jako Spider-Man.
V roce 1997 Game studovala účinky magnetismu na vodu, což vedlo ke slavnému objevu přímé diamagnetické levitace vody, která se stala široce známou díky ukázce levitující žáby. Pracoval také na supravodivosti a mezoskopické fyzice.
Pokud jde o výběr předmětů pro svůj výzkum, Game řekl, že opovrhuje přístupem mnoha lidí, kteří si vybírají předmět pro své Ph. D. a poté pokračují ve stejném předmětu až do důchodu. Než získal svou první pozici na plný úvazek, pětkrát změnil předmět a pomohlo mu to hodně se naučit.
V novinách z roku 2001 jmenoval svého milovaného křečka Tisha jako spoluautora.
Historie objevu grafenu
Jednoho podzimního večera v roce 2002 Andrey Geim přemýšlel o uhlíku. Specializoval se na mikroskopicky tenké materiály a přemýšlel, jak se za určitých experimentálních podmínek mohou chovat nejtenčí vrstvy hmoty. Grafit, složený z monoatomických filmů, byl zřejmým kandidátem na výzkum, ale standardní metody pro izolaci ultratenkých vzorků by jej přehřály a zničily. Hra tedy přidělila jednoho z nových postgraduálních studentů, Da Jianga,pokuste se získat co nejtenčí vzorek, dokonce i několik set vrstev atomů, vyleštěním krystalu grafitu o velikosti jednoho palce. O několik týdnů později přinesl Jiang zrnko uhlíku v Petriho misce. Poté, co to prozkoumal pod mikroskopem, ho Game požádala, aby to zkusil znovu. Jiang řekl, že to bylo vše, co zbylo z krystalu. Zatímco mu Game vtipně vyčítal, že otřel horu, aby získal zrnko písku, jeden z jeho starších viděl v odpadkovém koši chuchvalce použité pásky, jejíž lepkavá strana byla pokryta šedým, lehce lesklým filmem zbytků grafitu.
V laboratořích po celém světě vědci používají pásku k testování adhezivních vlastností experimentálních vzorků. Vrstvy uhlíku tvořící grafit jsou volně spojené (od roku 1564 se materiál používá v tužkách, protože zanechává viditelnou stopu na papíře), takže lepicí páska snadno oddělí šupiny. Game umístil kousek lepicí pásky pod mikroskop a zjistil, že tloušťka grafitu je tenčí než to, co dosud viděl. Skládáním, mačkáním a oddělováním pásky se mu podařilo dosáhnout ještě tenčích vrstev.
Hře se poprvé podařilo izolovat dvourozměrný materiál: monatomickou vrstvu uhlíku, která pod atomovým mikroskopem vypadá jako plochá mřížka šestiúhelníků, připomínající plástev. Teoretickí fyzici nazvali takovou látku grafen, ale nepředpokládali, že by se dala získat při pokojové teplotě. Zdálo se jim, že se materiál rozpadne na mikroskopické kuličky. Místo toho Game viděl, že grafen zůstal v jednomrovina, která se vlní, jak se hmota stabilizuje.
Graphen: pozoruhodné vlastnosti
Andrei Game si na pomoc přizval postgraduálního studenta Konstantina Novoselova a začali čtrnáct hodin denně studovat novou látku. Během následujících dvou let provedli sérii experimentů, během kterých objevili úžasné vlastnosti materiálu. Díky své jedinečné struktuře se mohou elektrony, aniž by byly ovlivněny jinými vrstvami, pohybovat mřížkou bez překážek a neobvykle rychle. Vodivost grafenu je tisíckrát větší než vodivost mědi. Prvním odhalením hry bylo pozorování výrazného „efektu pole“, ke kterému dochází v přítomnosti elektrického pole, které umožňuje kontrolu vedení. Tento efekt je jednou z definujících charakteristik křemíku používaného v počítačových čipech. To naznačuje, že grafen by mohl být náhradou, kterou výrobci počítačů hledali roky.
Cesta k uznání
Game a Konstantin Novoselov napsali třístránkový článek popisující své objevy. Příroda jej dvakrát odmítla, přičemž jeden recenzent řekl, že izolovat stabilní dvourozměrný materiál je nemožné, a jiný v něm neviděl „dostatečný vědecký pokrok“. Ale v říjnu 2004 byl v časopise Science publikován článek s názvem „Efekt elektrického pole v atomicky tlustých uhlíkových filmech“, který na vědce udělal velký dojem – před jejich očima se fantazie stala skutečností.
Lavina objevů
Laboratoře po celém světě zahájily výzkum pomocí techniky lepicí pásky Geim a vědci identifikovali další vlastnosti grafenu. Přestože se jednalo o nejtenčí materiál ve vesmíru, byl 150krát pevnější než ocel. Grafen se ukázal jako tvárný, jako guma, a mohl se natáhnout až na 120 % své délky. Díky výzkumu Philipa Kima a poté vědců z Kolumbijské univerzity bylo zjištěno, že tento materiál je ještě elektricky vodivější, než se dříve nacházelo. Kim umístil grafen do vakua, kde žádný jiný materiál nemohl zpomalit pohyb jeho subatomárních částic, a ukázal, že má „mobilitu“– rychlost, kterou elektrický náboj prochází polovodičem – 250krát rychleji než křemík.
Technický závod
V roce 2010, šest let po objevu Andrei Geima a Konstantina Novoselova, jim byla Nobelova cena přece jen udělena. V té době média nazývala grafen „zázračným materiálem“, látkou, která „mohla změnit svět“. Oslovili ho akademičtí vědci z oblasti fyziky, elektrotechniky, medicíny, chemie atd. Byly vydány patenty na použití grafenu v bateriích, flexibilních obrazovkách, systémech odsolování vody, vyspělých solárních článcích, ultrarychlých mikropočítačích.
Vědci v Číně vytvořili nejlehčí materiál na světě – grafenový aerogel. Je 7x lehčí než vzduch - jeden krychlový metr hmoty váží pouze 160 g. Grafenový aerogel vzniká lyofilizací gelu obsahujícího grafen a nanotrubičky.
Na univerzitu v Manchesteru,kde pracují Game a Novoselov, investovala britská vláda 60 milionů dolarů do vytvoření National Graphene Institute na jeho základě, což by zemi umožnilo být na stejné úrovni s nejlepšími světovými držiteli patentů – Koreou, Čínou a Spojenými státy, které zahájily závod o vytvoření prvních revolučních produktů na světě založených na novém materiálu.
Čestné tituly a ocenění
Experiment s magnetickou levitací živé žáby nepřinesl úplně takový výsledek, jaký Michael Berry a Andrey Game očekávali. Ig Nobelova cena jim byla udělena v roce 2000
V roce 2006 získala hra ocenění Scientific American 50.
V roce 2007 mu Fyzikální ústav udělil Mottovu cenu a medaili. Ve stejné době byla Game zvolena členem Královské společnosti.
Game a Novoselov se podělili o cenu Europhysics za rok 2008 „za objev a izolaci monatomické vrstvy uhlíku a stanovení jejích pozoruhodných elektronických vlastností“. V roce 2009 obdržel Kerber Award.
Cena Andre Geima Johna Carthyho za rok 2010 od Národní akademie věd USA byla udělena „za jeho experimentální realizaci a studium grafenu, dvourozměrné formy uhlíku.“
V roce 2010 také obdržel jednu ze šesti čestných profesur Královské společnosti a Hughesovu medaili „za revoluční objev grafenu a jeho pozoruhodných vlastností“. Geimovi byly uděleny čestné doktoráty z Delft University of Technology, ETH Zurich, UniversityAntverpy a Manchester.
V roce 2010 mu byl udělen Řád nizozemského lva za přínos nizozemské vědě. V roce 2012 byla hra za zásluhy o vědu povýšena na svobodné rytíře. V květnu 2012 byl zvolen zahraničním korespondentem Akademie věd Spojených států
nositel Nobelovy ceny
Game a Novoselov byli za svou průkopnickou práci na grafenu oceněni Nobelovou cenou za fyziku za rok 2010. Když se Game o této ceně doslechl, řekl, že neočekával, že ji letos obdrží, a nemá v plánu měnit své bezprostřední plány. Moderní fyzik vyjádřil naději, že grafen a další dvourozměrné krystaly změní každodenní život lidstva stejným způsobem jako plast. Ocenění z něj udělalo prvního člověka, který získal Nobelovu cenu i Ig Nobelovu cenu současně. Přednáška se konala 8. prosince 2010 na Stockholmské univerzitě.
