Ngài Andrey Konstantinovich Geim là thành viên của Hiệp hội Hoàng gia, thành viên của Đại học Manchester và là một nhà vật lý người Hà Lan gốc Nga. Cùng với Konstantin Novoselov, ông đã được trao giải Nobel Vật lý năm 2010 cho công trình nghiên cứu về graphene. Ông hiện là Giáo sư Regius và Giám đốc Trung tâm Khoa học Meso và Công nghệ Nano tại Đại học Manchester.
Andrey Geim: tiểu sử
Sinh ngày 21/10/58 trong gia đình Konstantin Alekseevich Geim và Nina Nikolaevna Bayer. Cha mẹ ông là kỹ sư người Đức gốc Liên Xô. Theo Geim, bà của mẹ anh là người Do Thái và anh mắc chứng bài Do Thái vì họ của anh nghe có vẻ là người Do Thái. Trò chơi có một người anh em Vladislav. Năm 1965, gia đình ông chuyển đến Nalchik, nơi ông học tại một trường chuyên về tiếng Anh. Sau khi tốt nghiệp loại xuất sắc, anh đã hai lần cố gắng vào MEPhI, nhưng không được chấp nhận. Sau đó, anh nộp đơn vào Viện Vật lý và Công nghệ Moscow, và lần này anh đã vào được. Theo như anh ấyTheo ông, các sinh viên học tập rất chăm chỉ - áp lực quá lớn khiến mọi người thường suy sụp và bỏ dở việc học của mình, và một số kết thúc bằng chứng trầm cảm, tâm thần phân liệt và tự tử.
Sự nghiệp học hành
Andrey Geim nhận bằng tốt nghiệp năm 1982, và năm 1987, ông trở thành tiến sĩ vật lý kim loại tại Viện Vật lý trạng thái rắn thuộc Viện Hàn lâm Khoa học Nga ở Chernogolovka. Theo nhà khoa học, lúc đó anh không muốn theo đuổi hướng này, thích vật lý hạt cơ bản hoặc vật lý thiên văn, nhưng hôm nay anh hài lòng với lựa chọn của mình.
Game làm nghiên cứu viên tại Viện Công nghệ Vi điện tử thuộc Viện Hàn lâm Khoa học Nga, và từ năm 1990 tại Đại học Nottingham (hai lần), Bath và Copenhagen. Theo anh ấy, anh ấy có thể nghiên cứu ở nước ngoài và không phải đối phó với chính trị, đó là lý do tại sao anh ấy quyết định rời khỏi Liên Xô.
Làm việc tại Hà Lan
Andrey Geim đảm nhận vị trí toàn thời gian đầu tiên của mình vào năm 1994, khi ông trở thành trợ lý giáo sư tại Đại học Nijmegen, nơi ông nghiên cứu về hiện tượng siêu dẫn trung gian. Sau đó anh được nhập quốc tịch Hà Lan. Một trong những sinh viên tốt nghiệp của ông là Konstantin Novoselov, người đã trở thành đối tác nghiên cứu chính của ông. Tuy nhiên, theo Geim, sự nghiệp học tập của anh ở Hà Lan không mấy suôn sẻ. Ông đã được đề nghị phong hàm giáo sư tại Nijmegen và Eindhoven, nhưng ông đã từ chối vì nhận thấy hệ thống học thuật của Hà Lan quá thứ bậc và đầy rẫy những chính trị vụn vặt, nó hoàn toàn khác với hệ thống của Anh, nơi mọi nhân viên đều bình đẳng về quyền. Trong bài giảng giải Nobel của mình, Game sau đó nói rằng tình huống này hơi kỳ quái, vì bên ngoài các bức tường của trường đại học, anh ấy được chào đón nồng nhiệt ở khắp mọi nơi, bao gồm cả người giám sát của anh ấy và các nhà khoa học khác.
Di chuyển đến Vương quốc Anh
Năm 2001, Game trở thành Giáo sư Vật lý tại Đại học Manchester, và năm 2002 được bổ nhiệm làm Giám đốc Trung tâm Khoa học Meso và Công nghệ Nano ở Manchester và là Giáo sư Langworthy. Vợ anh và người cộng tác lâu năm Irina Grigorieva cũng chuyển đến Manchester làm giáo viên. Sau đó Konstantin Novoselov tham gia cùng họ. Kể từ năm 2007, Game là thành viên cấp cao tại Hội đồng Nghiên cứu Khoa học Vật lý và Kỹ thuật. Năm 2010, Đại học Nijmegen đã bổ nhiệm ông làm Giáo sư Khoa học nano và Vật liệu Sáng tạo.
Nghiên cứu
Game đã tìm ra một cách đơn giản để cô lập một lớp nguyên tử graphite, được gọi là graphene, với sự hợp tác của các nhà khoa học từ Đại học Manchester và IMT. Vào tháng 10 năm 2004, nhóm đã công bố những phát hiện của họ trên tạp chí Science.
Graphene bao gồm một lớp carbon, các nguyên tử của chúng được sắp xếp dưới dạng hình lục giác hai chiều. Nó là vật liệu mỏng nhất trên thế giới, cũng như là một trong những vật liệu bền và cứng nhất. Chất này có nhiều công dụng tiềm năng và là một chất thay thế tuyệt vời cho silicon. Geim cho biết một trong những ứng dụng đầu tiên của graphene có thể là sự phát triển của màn hình cảm ứng linh hoạt. Anh ấy không cấp bằng sáng chế cho vật liệu mới vì nó sẽ đòi hỏi mộtphạm vi và đối tác trong ngành.
Nhà vật lý đang phát triển một chất kết dính phỏng sinh học được gọi là băng keo tắc kè do khả năng dính của các chi của con tắc kè. Những nghiên cứu này vẫn đang ở giai đoạn đầu, nhưng đã đưa ra hy vọng rằng trong tương lai, con người sẽ có thể leo trần nhà như Người Nhện.
Năm 1997, Game đã nghiên cứu tác động của từ tính lên nước, dẫn đến phát hiện nổi tiếng về chuyển động nghịch từ trực tiếp của nước, được biết đến rộng rãi nhờ sự trình diễn của một con ếch bay. Ông cũng nghiên cứu về hiện tượng siêu dẫn và vật lý trung mô.
Về việc lựa chọn chủ đề cho nghiên cứu của mình, Game nói rằng anh ấy coi thường cách tiếp cận của nhiều người chọn một môn học cho bằng Tiến sĩ của họ và sau đó tiếp tục chủ đề đó cho đến khi nghỉ hưu. Trước khi nhận vị trí toàn thời gian đầu tiên, anh ấy đã thay đổi chủ đề của mình năm lần và điều đó đã giúp anh ấy học hỏi được rất nhiều.
Trong một bài báo năm 2001, anh ấy đặt tên chú chuột hamster yêu quý của mình là Tisha là đồng tác giả.
Lịch sử phát hiện ra graphene
Một buổi tối mùa thu năm 2002 Andrey Geim đang nghĩ về carbon. Ông chuyên nghiên cứu về các vật liệu mỏng vi mô và tự hỏi làm thế nào mà các lớp vật chất mỏng nhất có thể hoạt động trong các điều kiện thí nghiệm nhất định. Graphit, bao gồm các màng mô giải phẫu, là một ứng cử viên rõ ràng cho nghiên cứu, nhưng các phương pháp tiêu chuẩn để cô lập các mẫu siêu mỏng sẽ quá nóng và phá hủy nó. Vì vậy, Game đã chỉ định một trong những sinh viên mới tốt nghiệp, Da Jiang,cố gắng thu được một mẫu càng mỏng càng tốt, thậm chí vài trăm lớp nguyên tử, bằng cách đánh bóng một tinh thể than chì có kích thước một inch. Vài tuần sau, Jiang mang một hạt carbon trong một đĩa petri. Sau khi kiểm tra nó dưới kính hiển vi, Game yêu cầu anh ta thử lại. Jiang nói rằng đây là tất cả những gì còn lại của viên pha lê. Trong khi Game chế nhạo anh ta vì đã lau núi để lấy một hạt cát, một trong những người cao niên của anh ta đã nhìn thấy những cục băng đã qua sử dụng trong sọt rác, mặt dính của nó được bao phủ bởi một lớp cặn than chì màu xám, hơi bóng.
Trong các phòng thí nghiệm trên khắp thế giới, các nhà nghiên cứu sử dụng băng dính để kiểm tra tính chất kết dính của các mẫu thí nghiệm. Các lớp carbon tạo nên graphite được liên kết lỏng lẻo (từ năm 1564, vật liệu này đã được sử dụng trong bút chì, vì nó để lại dấu vết trên giấy), do đó, băng dính dễ dàng tách các lớp vảy. Game đặt một miếng băng keo dưới kính hiển vi và phát hiện ra rằng độ dày của than chì mỏng hơn những gì anh ta đã thấy cho đến nay. Bằng cách gấp, ép và kéo băng ra, anh ấy đã tạo ra được những lớp băng mỏng hơn nữa.
Game lần đầu tiên thành công trong việc cô lập một vật liệu hai chiều: một lớp carbon đơn thể, dưới kính hiển vi nguyên tử trông giống như một mạng lưới hình lục giác phẳng, gợi nhớ đến một tổ ong. Các nhà vật lý lý thuyết gọi một chất như vậy là graphene, nhưng họ không cho rằng nó có thể thu được ở nhiệt độ phòng. Đối với họ, dường như vật chất sẽ tan rã thành những quả bóng cực nhỏ. Thay vào đó, Game thấy rằng graphene vẫn ở trong mộtmặt phẳng gợn sóng khi vật chất ổn định.
Graphene: đặc tính đáng chú ý
Andrei Game đã tranh thủ sự giúp đỡ của nghiên cứu sinh Konstantin Novoselov, và họ bắt đầu nghiên cứu một chất mới mười bốn giờ một ngày. Trong hai năm tiếp theo, họ đã tiến hành một loạt các thí nghiệm, trong đó họ phát hiện ra những đặc tính tuyệt vời của vật liệu này. Do cấu trúc độc đáo của nó, các electron, không bị ảnh hưởng bởi các lớp khác, có thể di chuyển qua mạng tinh thể mà không bị cản trở và nhanh chóng một cách bất thường. Độ dẫn điện của graphene lớn hơn hàng nghìn lần của đồng. Tiết lộ đầu tiên của Game là quan sát thấy một "hiệu ứng trường" rõ rệt xảy ra khi có điện trường, cho phép kiểm soát sự dẫn truyền. Hiệu ứng này là một trong những đặc điểm xác định của silicon được sử dụng trong chip máy tính. Điều này cho thấy graphene có thể là sự thay thế mà các nhà sản xuất máy tính đã tìm kiếm trong nhiều năm.
Con đường thành công
Game và Konstantin Novoselov đã viết một bài báo dài ba trang mô tả những khám phá của họ. Nó đã bị Nature bác bỏ hai lần, với một nhà phê bình nói rằng việc cô lập một vật liệu hai chiều ổn định là không thể, và một người khác không nhìn thấy "tiến bộ khoa học đầy đủ" trong đó. Nhưng vào tháng 10 năm 2004, một bài báo có tựa đề "Hiệu ứng trường điện trong màng cacbon dày nguyên tử" được đăng trên tạp chí Khoa học, gây ấn tượng lớn đối với các nhà khoa học - trước mắt họ, điều tưởng tượng đã trở thành hiện thực.
An Avalanche of Discovery
Các phòng thí nghiệm trên khắp thế giới đã bắt đầu nghiên cứu bằng cách sử dụng kỹ thuật băng dính của Geim, và các nhà khoa học đã xác định được các đặc tính khác của graphene. Mặc dù là vật liệu mỏng nhất trong vũ trụ, nhưng nó cứng hơn thép 150 lần. Graphene được chứng minh là dễ uốn, giống như cao su, và có thể kéo dài tới 120% chiều dài của nó. Nhờ nghiên cứu của Philip Kim, và sau đó là các nhà khoa học tại Đại học Columbia, người ta nhận thấy rằng vật liệu này thậm chí còn dẫn điện mạnh hơn những gì đã tìm thấy trước đây. Kim đã đặt graphene trong chân không, nơi không có vật liệu nào khác có thể làm chậm chuyển động của các hạt hạ nguyên tử của nó, và cho thấy rằng nó có "tính di động" - tốc độ mà điện tích truyền qua chất bán dẫn - nhanh gấp 250 lần so với silicon.
Cuộc đua công nghệ
Năm 2010, sáu năm sau khám phá của Andrei Geim và Konstantin Novoselov, giải Nobel đã được trao cho họ. Vào thời điểm đó, giới truyền thông gọi graphene là "vật liệu kỳ diệu", một chất "có thể thay đổi thế giới." Ông đã được các nhà nghiên cứu hàn lâm tiếp cận trong các lĩnh vực vật lý, kỹ thuật điện, y học, hóa học, v.v. Các bằng sáng chế đã được cấp cho việc sử dụng graphene trong pin, màn hình dẻo, hệ thống khử muối trong nước, pin mặt trời tiên tiến, máy vi tính siêu nhanh.
Các nhà khoa học ở Trung Quốc đã tạo ra vật liệu nhẹ nhất thế giới - graphene aerogel. Nó nhẹ hơn không khí 7 lần - một mét khối vật chất chỉ nặng 160 g. Graphene aerogel được tạo ra bằng cách làm khô đông lạnh một loại gel có chứa graphene và ống nano.
Đến Đại học Manchester,nơi Game và Novoselov làm việc, chính phủ Anh đã đầu tư 60 triệu đô la để thành lập Viện Graphene Quốc gia trên cơ sở của nó, cho phép quốc gia này ngang hàng với những nước có bằng sáng chế tốt nhất thế giới - Hàn Quốc, Trung Quốc và Hoa Kỳ, đã bắt đầu chạy đua để tạo ra những sản phẩm mang tính cách mạng đầu tiên trên thế giới dựa trên chất liệu mới.
Danh hiệu và giải thưởng danh dự
Một thí nghiệm bay từ trường của một con ếch sống không mang lại kết quả như Michael Berry và Andrey Game mong đợi. Giải Ig Nobel đã được trao cho họ vào năm 2000
Năm 2006 Game nhận được giải thưởng Scientific American 50.
Năm 2007, Viện Vật lý đã trao tặng cho ông Giải thưởng Mott và Huy chương. Đồng thời, Game được bầu làm Thành viên của Hiệp hội Hoàng gia.
Game và Novoselov đã chia sẻ Giải thưởng Europhysics năm 2008 "cho việc khám phá và cô lập lớp cấu trúc cấu tạo của cacbon và xác định các đặc tính điện tử đáng chú ý của nó." Năm 2009, anh ấy nhận được giải thưởng Kerber.
Giải thưởng Andre Geim John Carthy năm 2010 từ Viện Hàn lâm Khoa học Quốc gia Hoa Kỳ đã được trao "cho việc thực nghiệm và nghiên cứu graphene, một dạng carbon hai chiều."
Cũng trong năm 2010, ông đã nhận được một trong sáu học vị giáo sư danh dự của Hiệp hội Hoàng gia và Huân chương Hughes "cho phát hiện mang tính cách mạng của graphene và các đặc tính đáng chú ý của nó." Geim đã được trao bằng tiến sĩ danh dự từ Đại học Công nghệ Delft, ETH Zurich, các trường Đại họcAntwerp và Manchester.
Năm 2010, ông đã được trao Huân chương Sư tử Hà Lan vì những đóng góp của mình cho nền khoa học Hà Lan. Vào năm 2012, để phục vụ cho khoa học, Game đã được thăng cấp thành hiệp sĩ cử nhân. Ông được bầu làm Thành viên Tương ứng Nước ngoài của Viện Hàn lâm Khoa học Hoa Kỳ vào tháng 5 năm 2012
Người đoạt giải Nobel
Game và Novoselov đã được trao giải Nobel Vật lý năm 2010 cho công trình tiên phong của họ về graphene. Nghe về giải thưởng, Game cho biết anh không mong đợi sẽ nhận được nó trong năm nay và không có kế hoạch thay đổi kế hoạch trước mắt của mình. Một nhà vật lý hiện đại đã bày tỏ hy vọng rằng graphene và các tinh thể hai chiều khác sẽ thay đổi cuộc sống hàng ngày của nhân loại giống như cách mà nhựa đã làm. Giải thưởng này đã đưa ông trở thành người đầu tiên giành được cả giải Nobel và Ig Nobel cùng một lúc. Bài giảng diễn ra vào ngày 8 tháng 12 năm 2010 tại Đại học Stockholm.
