За открытие сверхтонкой материи Нобелевскую премию по физике получили выпускники московского Физтеха Андрей Гейм и Константин Новосёлов. Чтобы стать Нобелевскими лауреатами, им пришлось уехать из Черноголовки.

Интервью репортера "Известий" с Андреем Геймом.

Углерод номер пять

В апреле прошлого года "Известия" написали о присуждении престижной Европейской научной премии имени Кёрбера Андрею Гейму за открытие нового видоизменения углерода - графена и тогда же предсказали, что он вскоре получит Нобелевскую премию. 5 октября 2010 года за "потрясающие эксперименты по изучению двумерного вещества графена" Нобелевскую премию по физике получили Андрей Гейм и Константин Новосёлов.

В 2004 году Андрей Гейм и Константин Новосёлов открыли принципиально новое вещество, названное ими графеном. Это новая - после алмаза, графита, карбина и фуллерена - модификация углерода, представляющая собой двумерную (плоскую) пленку из атомов углерода, расположенных в вершинах шестиугольников по принципу пчелиных сот. Всем известный графит получается, если составить стопку из слоев графена.

Графен - удивительное вещество. Пленка толщиной в один атом прозрачна, но обладает поразительной прочностью, в 200 раз превышающей прочность стали, и уникальной электропроводностью. Существование графена было теоретически предсказано еще в середине прошлого века, однако получить саму эту модификацию углерода долго не удавалось. Гейм и Новосёлов использовали отшелушивание слоев углерода с куска графита, но получить графен удалось только после использования атомно-силового микроскопа, причем на подложке из двуокиси кремния.

Существование графена было теоретически предсказано еще в середине прошлого века, однако получить его долго не удавалось

Из графена научились делать длинные прозрачные ленты, что обещает переворот в электронике и даже в мировой экономике, поскольку графен скорее всего скоро заменит кремний в микроэлектронике. Механические свойства графена позволят создать новые прочные, тонкие и эластичные материалы, которые можно будет использовать, например, в самолетостроении и автомобильной промышленности. Цена вопроса - чуть ли не триллионы долларов.

Андрей Гейм, предпочитающий сейчас называть себя Андре, родился в Сочи в 1958 году и учился в средней школе в Нальчике, затем в знаменитом Физтехе. Диссертацию он защитил в черноголовском Институте физики твердого тела РАН, а в 1990 году уехал из России и работает сейчас директором Манчестерского центра междисциплинарных исследований и нанотехнологий.

Константин Новосёлов родился в Нижнем Тагиле в 1974 году, также окончил Физтех и работал после этого в Черноголовке, диссертацию защитил в голландском Университете Нёймегена и работает вместе с Андреем Геймом. Константин Новосёлов сохранил российское гражданство.

Любопытно, что в Манчестерском центре междисциплинарных исследований и нанотехнологий в группе профессора Андрея Гейма, помимо Константина Новосёлова, работают в том числе Ирина Григорьева, Саша Григоренко, Александр Жуков, Леонид Пономаренко, Светлана Анисимова, Саша Майоров и Роман Горбачев. До присуждения ему Нобелевской премии профессор Андрей Гейм получил шуточную Игнобелевскую премию за эксперимент по парению в воздухе живой лягушки, основанный на использовании сверхпроводимости. А Константин Новосёлов - самый молодой нобелевский лауреат по физике за последние 70 лет.

Российские лауреаты Нобелевских премий по физике

Больше всего Нобелевских премий отечественные ученые получили именно по физике:

1958 г. - Павел Черенков, Илья Франк, Игорь Тамм за открытие излучения Вавилова-Черенкова.

1962 г. - Лев Ландау за теорию поведения жидкого гелия.

1964 г. - Николай Басов, Александр Прохоров за разработку лазеров.

1978 г. - Пётр Капица за открытия в области низких температур.

2000 г. - Жорес Алфёров за работы по получению полупроводниковых структур, используемых в сверхбыстрых компьютерах.

2003 г. - Виталий Гинзбург, Алексей Абрикосов за революционный вклад в объяснение сверхпроводимости и сверхтекучести.

2010 г. - Андрей Гейм и Константин Новосёлов за открытие и исследование графена.


Хорошие ребята - чего скрывать

Декан факультета общей и прикладной физики МФТИ Михаил Трунин вместе с Андреем Геймом начинал научную работу еще в ИФТТ - Институте физики твердого тела. Более молодому Константину Новосёлову успел почитать лекции по физике металлов и полупроводников. С обоими общается регулярно. О своих друзьях Михаил Трунин рассказал "Известиям".

михаил трунин: Костю Новосёлова я вижу чаще, чем Андрея Гейма. Оба они хорошие ребята, чего скрывать. Гейм лазил по горам.

известия: Почему они уехали из страны?

трунин: По той же причине, по которой уезжали остальные молодые ученые. Тяжелое здесь было время в 90-е. Первым покинул Россию Гейм, а потом и Костя перебрался к нему в Манчестерский институт. Там они и работают. Оба выпускники МФТИ. И заканчивали кафедры, которые расположены в Черноголовке - в Институте физики твердого тела, в Институте проблем технологии микроэлектроники. Это два академических института. Здесь же они и познакомились. Дальше по цепочке все это и развивалось. Андрей Гейм поехал в Голландию. Там определился со своим научным направлением. Потом он как обычно поменял позицию на более удачную. Перебрался в Манчестер. Сейчас заведует там центром нанотехнологий. И, как руководитель центра, он берет себе в сотрудники самых перспективных ученых.

и: Российских ученых?

трунин: Если вы посмотрите состав его лаборатории, то увидите, что практически все - наши соотечественники. Андрей Голосов, Ира Григорьева - супруга Гейма и т.д.

и: Долго они работали над графеном?

трунин: Гейм графеном не занимался, пока не появился Костя. Костя первым в мире сделал монослой. Андрей это оценил, и дальше они "раскрутили" все это дело. Поэтому, безусловно, это заслуга их обоих.


Андрей Гейм - "Известиям": Я получу еще много премий

Нам удалось связаться с одним из россиян - лауреатов Нобелевской премии почти сразу после опубликования ее шорт-листа. Андрей Гейм ответил на вопросы корреспондента "Известий".

известия: Андрей, поздравляем вас с успехом. Вы удивлены премией?

андрей гейм: О том, что я получу Нобелевскую, журналисты писали в последние два-три года. В общем, большой новостью это для меня не стало. Хотя я не ожидал получить ее в этом году. Думал, получу либо в прошлом, либо в следующем.

и: Как вы узнали о событии?

гейм: Сидел, работал за своим компьютером, отвечал на почту, просматривал последнюю литературу про графен. И в это время раздался звонок. Когда услышал акцент, то понял, что звонят про Нобелевскую премию. Но хочу сказать, что я получил много премий до этого. И надеюсь, что и после получу еще много премий. Сильно мою жизнь Нобелевка не изменит. Я попытаюсь работать так же, как работал до этого.

и: Премию присудили и вашему коллеге - Константину Новоселову. Чья заслуга в открытии больше?

гейм: Костя пришел как PhD-студент в Голландию, где я уже был профессором. Я его взял с собой в Манчестер. Работу над графеном я начал в 2003 году. Сначала китайский студент работал над ним, но без особого успеха. Потом за него взялся Костя. И в какой-то момент мы поняли, что дело движется в очень интересное русло. Именно Костя - первый автор трех-четырех важнейших работ.

и: Вы уже окончательно переехали в Манчестер?

гейм: Ну, здесь моя семья. Жена Ирина, дочка у нас десяти лет. В школу ходит.

и: То есть возвращаться не планируете.

гейм: Поймите, когда я уезжал из страны, работать в России было просто невозможно. Ничего не было. Ни-че-го. Эффективность моей работы была бы одна тысячная процента. А потом я приехал в Англию и понял, что здесь можно работать. Это небо и земля. Ведь я не журналист. Мне кроме ручки нужно какое-то оборудование, чтобы продвигаться. Может, оно когда-нибудь появится и в России. Но когда несколько лет назад я последний раз приезжал на родину, по-прежнему ничего этого не было.

и: А если появится нужное вам оборудование, вернетесь?

гейм: Я рассматриваю Россию или Англию как один из штатов "соединенной научной Европы". В каком штате работать - мне без разницы. Я не футболист - команда против команды, город против города, страна против страны. Все мы живем на одном маленьком и тесном шарике. И в какой точке этого шарика работать, не так важно. Главное - чтоб в этом был смысл. Там, где эффективно, там я и буду работать. Заниматься графеном. Там еще много дел.


Никогда не чувствовал себя провинциалом

За некоторое время до события Андрей Гейм подробно рассказал журналистам о своей жизни и работе. Выдержки беседы мы публикуем в среду 6 октября.

Об учебе

После школы я пытался поступить в МИФИ. Через несколько лет мне объяснили, что для того, чтобы поступить в этот вуз с немецкой фамилией, надо было прежде обратиться в первый отдел. Но откуда мы, в Нальчике, могли знать такие тонкости? Вернулся домой, устроился на электровакуумный завод слесарем-электротехником. Родители наняли репетиторов по математике и физике, поскольку тогда причину неудачи мы видели только в наличии пробелов в знаниях. Занятия по математике, как я понял позже, были бесполезны - уровень подготовки в нашей школе был вполне достаточен для поступления.

После второго провала на экзаменах в МИФИ понял, что ситуация непробиваемая. У меня на самом деле не было шансов поступить - нежелательных абитуриентов собирали в отдельной аудитории и предлагали им особые, заведомо непосильные задания. Забрал документы и в тот же год поступил в МФТИ, где, как оказалось, не было системы деления на тех, кого нужно и кого не нужно принять. Среди выпускников столичных школ я никогда не чувствовал себя провинциалом. Не знаю, быть может, в районных, сельских школах учителя были послабее, но в Москве и Нальчике уровень образования в те годы был примерно одинаковый.

О семье

Супруга тоже физик, преподает в том же Манчестерском университете. Она русская, Григорьева. После замужества сохранила свою фамилию, поскольку является самостоятельным ученым. И если в России постоянно спрашивали, как пишется моя фамилия, а ее никаких вопросов не вызывала, то теперь, в Великобритании, ей приходится диктовать свою фамилию по буквам. Мне трудно удержаться от смеха, глядя, как она в очередной раз мается, объясняя кому-нибудь по телефону, какая буква за какой следует. Наша дочь говорит, что родители у нее русские, а сама она голландка. У нее действительно голландский паспорт, поскольку она там родилась. Себя я считаю европейцем. И процентов на 20 кабардинобалкарцем.

Об образовании и науке

Многие сейчас рвутся в зарубежные вузы, но я уверен, такого образования, как в Физтехе, не получишь ни в Гарварде, ни в Кембридже. В Физтехе первые пять лет получают базовое образование, а потом направляются в академические институты, включаются в обычную институтскую деятельность. Образование нам давали очень хорошее, просто блестящее, а вот экспериментальная база науки представляла собой печальное зрелище. Мне кажется, российскую науку пытаются реформировать, копируя западные образцы организации. Появились классы администраторов и бизнесменов от науки. К счастью, я не министр и не
мне решать, как из этой ситуации выбираться. Надо менять общую атмосферу, а на это требуется не одно и не два поколения. Это как в старом анекдоте: сколько университетов надо окончить, чтоб стать интеллигентом? Три: один должен окончить ты сам, другой - твой отец, а третий - твой дед.

Наталья Белых, "Кабардино-Балкарская правда" - специально для "Известий"


Главным учителем был отец

Одноклассник Андрея Гейма, заведующий кафедрой теоретической физики Кабардино-Балкарского государственного университета профессор Мурат Хоконов:

- Мы учились в школе с углубленным изучением английского языка. Тем не менее нам
великолепно преподавалась математика, и меня впечатляло, как Андрей умудрялся вмещать в несколько строк решение задачи, занимающее у меня полстраницы. Ольга Михайловна Пешкова, наш классный руководитель, как-то приводила Андрея мне в пример, указывая, что отличник по физике может быть отличником и по русскому языку и литературе, мол, одно
другому не мешает. Андрей, в отличие от меня, прекрасно учился по всем предметам, а не только по физике и математике. Класс у нас был очень дружный. Андрей держался независимо, был немногословен, но при этом всегда мог поддержать компанию и обладал чувством юмора. Я думаю, что, по большому счету, главным учителем Андрея стал его отец. Константин Алексеевич Гейм работал главным инженером самого технологичного предприятия во всем регионе - Электровакуумного завода - и был одним из его создателей. Андрей вырос в творческой атмосфере.

Успех Андрея Гейма - это не просто результат стечения удачных обстоятельств. Основа его - талант и невероятная работоспособность.

Андрей является на сегодня одним из самых цитируемых физиков мира, если не самым цитируемым. Для меня не явилось неожиданностью, что его имя оказалось в списках претендентов на Нобелевскую премию по физике.

Хочу отметить, что задолго до открытия графенов имя Андрея было широко известно в ведущих научных центрах. Еще десять лет назад его пионерские работы по новым явлениям в сверхпроводниковых и ферромагнитных частицах малых размеров были включены Американским институтом физики в число 50 наиболее значимых результатов. Результаты по магнитной левитации вошли в учебники. В начале 2000-х годов, несмотря на блестящие результаты и успешную карьеру, он сменил научное направление. Это был, конечно, риск. Но это был риск, связанный не только со смелостью Андрея как исследователя, а с научной интуицией, которая, как оказалось, его не подвела.

 

Ниже — статья из журнала Forbes, вышедшая в октябрьском номере в 2009 году.

Прозрачная голубая полоска на столе работает будильником. Она же показывает расписание на день, в машине развертывается в экран навигатора, на работе превращается в ноутбук, а вечером на ней можно смотреть кино. Авторы ролика об универсальном гаджете будущего, ученые из южнокорейского университета Сонгюнгван убеждены, что он будет создан в ближайшие 10 лет благодаря графену, самому тонкому во Вселенной материалу с уникальными электронными свойствами.

Это будущее приближают десятки лабораторий во всем мире. Путь от фундаментального открытия до практических результатов в случае с графеном преодолевается даже не за годы, а за месяцы. «Год назад я скептически относился к применению графена в электронике, сейчас это становится вполне реальным бизнесом», — говорит автор открытия Константин Новоселов.

Агентство Thomson Reuters в прошлом году сочло графен достойным Нобелевской премии. В список вероятных лауреатов включены Новоселов и его руководитель — Андрей Гейм, директор Центра мезоскопической физики при Манчестерском университете. «Нобелевку» они пока не получили, но их шансы с каждым годом будут расти. Даже удивительно, что материал со столь блестящими перспективами был получен с помощью липкой ленты, которая случайно не попала в мусорное ведро.

Графен представляет собой слой углерода толщиной в один атом. Миллиарды таких слоев образуют графит, из которого делают грифели для карандашей. В возможность отделить один слой никто не верил. Семьдесят лет назад Лев Ландау и Рудольф Пайерлс доказали, что таких материалов существовать не может: силы взаимодействия между атомами должны смять их в гармошку или свернуть в трубочку.

Графен оказался исключением из этого правила. Гейм и Новоселов обратили внимание на обычный скотч, с помощью которого готовят образцы графита для работы на сканирующем туннельном микроскопе. Скотч отрывает графитные слои, оставляя абсолютно гладкую поверхность. Ленту выбрасывают вместе с тем, что к ней прилипло. «За то, что мы ее подобрали и исследовали, нас обозвали garbage scientists — мусорными учеными», — смеется Новоселов. Склеивая и разлепляя ленту с хлопьями графита несколько раз, Новоселов получил то, что считалось невозможным, — слои графита толщиной в один атом. Их площадь достигала одного квадратного миллиметра: этого более чем достаточно, чтобы перенести графен на подложку и исследовать механические и электронные свойства. В 2004 году в журнале Science вышла эпохальная статья Гейма, Новоселова и их давнего коллеги Сергея Морозова. Свойства — проводимость, прочность, стабильность — оказались уникальными.

Константин Новоселов демонстрирует как ему удалось получить графен с помощью обыкновенного скотча

«У графена есть свойства, которых нет ни у одного материала, — говорит Новоселов, — это в буквальном смысле материя, ткань. С ней можно делать то же самое, что вот с этой салфеткой: сгибать, сворачивать, растягивать…» Бумажная салфетка неожиданно рвется у него в руках. С графеном такого не случится, замечает физик, это самый прочный материал на Земле.

Почему в графене видят материал, который вытеснит кремниевую электронику? Электроны в нем перемещаются в сотню раз быстрее, чем в кремнии. В прошлом году Гейм и Новоселов с соавторами показали, что из графена можно делать транзисторы, управляемые отдельными электронами. Все это позволит создать более миниатюрные и быстрые микросхемы, которые и греются намного меньше кремниевых.

Не хотел бы Новоселов заработать на своем открытии? Физик смотрит на меня с недоумением. Для него есть вещи поинтереснее. «Мы заканчиваем исследования задолго до того, как начинается коммерциализация, — объясняет он, — и не пытаемся заниматься технологиями». Представителей компаний, которые обращаются к ним, Гейм и Новоселов обычно отправляют в Graphene Industries — фирму, созданную их студентами. Те вручную делают пластинки графена и поштучно продают в лаборатории IBM, Intel, Samsung.

До 2020 года, по прогнозам исследовательской компании Lux Research, графен не поколеблет основы кремниевой электроники. Но уже сейчас новый материал обходит кремний по флангам, показывая себя в новых приложениях. Например, в сверхбыстрых высокочастотных транзисторах для приемников и передатчиков мобильной связи. «Опытные образцы появились в начале года, а сейчас у них уже наблюдаются рекордные показатели», — говорит Новоселов. Особенно продвинулись в их создании IBM и HRL (близкие к оборонному заказу исследовательские лаборатории, которыми совместно владеют Boeing и General Motors). В конце прошлого года HRL получили грант на 50-месячную программу графеновой электроники, которую координирует SPAWAR — инжиниринговый центр Военно-морского флота США. «Они даже не притворяются, что занимаются физикой, а прямо говорят, что делают приборы», — замечает Новоселов.

Развитие графеновой темы привлекло к ней внимание частных инвесторов. Несколько американских компаний замахнулись на производство сотен тонн графена к концу 2010 года. Такие объемы могут затоварить рынок радиочастотных транзисторов навечно, но производители пока ориентируются не на электронику.

Уже сейчас графен востребован как наполнитель для композитных материалов, говорит гендиректор фирмы XG Sciences Майкл Нокс. Гендиректор фирмы Angstron Materials Бор Джанг предлагает использовать графен в устройствах для хранения энергии — аккумуляторах и суперконденсаторах, а также топливных элементах, которые вырабатывают электроэнергию от соединения водорода с кислородом. Компания Vorbeck Materials продает Vor-ink — «чернила», позволяющие печатать электронные схемы.

Нокс узнал о графене в 2006 году от профессора Мичиганского университета Лоуренса Дрзала, который убедил его в том, что на графене можно хорошо заработать. «Я как раз продал свой предыдущий бизнес и искал какую-нибудь перспективную технологию, — вспоминает Нокс. — С тех пор ажиотаж вокруг графена непрерывно растет».

Джанг — пример ученого-предпринимателя, словно сошедший со страниц брошюры о коммерциализации технологий. С 2005 года он декан Колледжа технических и компьютерных наук при Университете Райта. Старт его компании Nanotek Instruments в 1997 году обеспечили гранты Министерства энергетики США. Затем от Nanotek отпочковалась Angstron. Свой первый патент, связанный с графеном, Джанг заявил еще в 2002-м — за два года до революционной работы русских физиков. «Их заслуга в том, что они первыми обнаружили необычные электронные свойства изолированных листов графена», — объясняет Джанг. К 2015 году он скромно планирует занять 30–40% мирового рынка графена, а еще раньше — провести IPO или продать компанию крупному инвестору. Vorbeck уже обзавелась серьезным партнером: для немецкого химического гиганта BASF фирма разрабатывает токопроводящую краску.

Чтобы фундаментальное открытие было применено на практике, оно должно обрасти тысячами изобретений. От создания первого транзистора в 1947 году до распространения интегральных схем, обеспечивших первенство кремниевой электроники, прошло почти два десятилетия. Если графеновая революция пойдет теми же темпами, универсальный гаджет, о котором мечтают южнокорейские исследователи, появится на прилавках самое позднее в 2022 году.