Від «Шнобеля» до «Нобеля»

Матеріал графен, за створення якого Андрієві Гейму й Костянтинові Новосьолову вручена Нобелівська премія з фізики за 2010 рік, унікальний. За оцінками експертів, він зробить революцію в електроніці, дозволивши в майбутньому в тисячі разів збільшити швидкість комп’ютерів.

Андрій Гейм одного разу вже здобув премію. Правда, Анти­нобелівську, або Шнобелівську, яка присуджується за найбезглуздіші експерименти.­ «Шнобеля» йому дали за те, що він учив жабу літати… за допомогою двох магнітів. Зневажлива оцінка його наукових праць, однак, не перешкодила  вченому здобути й справжнього «Нобеля». Така колізія сталася у світовій науці­ вперше.

Світове відкриття за допомогою скотча

Теоретично графен був передвіщений півстоліття­ тому. У структурі графіту, знайомій нам зі шкільної лави, атоми вуглецю, взаємодіючи,  утворюють тонкі­ шари, які багаторазово нашаровуються один на одного. Проблема полягала в тому, щоб відокремити один-єдиний шар, який складається з шестикутних комірок, зістикованих одна з одною, як бджолині стільники, від усіх інших. Для одиночного шару цього двовимірного кристала передвіщалося багато цікавих фізичних властивостей, ставилася безліч експериментів. Але домогтися стійких результатів не вдавалося.

Андрій Гейм і Костянтин Новосьолов знайшли спосіб виділення цього шару. Їхній метод дуже простий: учені взяли звичайний стрижень від олівця, липкою стрічкою зняли з нього шар графіту, а потім почали його відшелушувати, знов-таки за допомогою скотча. Коли залишалися 1—2 шари, графіт переносили на кремнієву підкладку. Далі дослідники довели в експерименті, що шар дійсно один. Вони змогли виміряти його фізичні властивості й перевірити, що теоретичні прогнози правильні.

Звичайно, відразу постала проблема: як зняти плівку з основи й перенести, приміром, на монітор? Довго експерименти не вдавалися, бо (і це передвіщалося теоретично) графенова плівка надзвичайно нестійка до скручування. У вільному стані вона негайно починала жмакатися. Але Гейму й Новосьолову із цією проблемою впоратися вдалося. Відкриття вчених було зроблено в 2004 році, а в 2009-му отриманий лист графену майже санти­метрової довжини. Зараз уже йдеться про десятки квадратних сантиметрів.

Після відкриття матеріалу до його вивчення підключилися вчені багатьох країн і наукових центрів. Ведеться пошук оптимальної технології одержання графену. Більш того, недавні дослідження показали, що існує цілий клас двовимірних кристалів різного хімічного складу.

Революційна ситуація в мікроелектроніці

На сьогоднішній день графен є найтоншим і найміцнішим матеріалом. Він проводить електричний струм і при цьому майже прозорий. Остання властивість робить його перспективним матеріалом для створення, наприклад, сенсорних дисплеїв нового покоління. Графен непроникний для газів, тож його можна використовувати, наприклад, як найтонше покриття для захисту від корозії.

Але насамперед це унікальний матеріал для наноелектроніки. У Монреалі на конференції NanoTubes-2010 фірма Samsung демонструвала гнучкі дисплеї з діагоналлю до 70 см, де один із провідних електродів зроб­лений із графену. Інший напрямок — високопровідні прозорі покриття, сонячні батареї.

«Майбутнє пристроїв на основі графену фантастичне. Він має дійсно дивовижні властивості. Якщо технологія одержання графену­ буде доведена до промисло­вих масштабів, то на нас чекає революція в електроніці», — заявив нобелівський лауреат Жорес Алфьоров. Судячи з деяких повідомлень, саме на розробку пристроїв на основі графену будуть спрямовані зусилля російських учених, у тому числі й у створюваному науковому центрі в Сколковому. Що ж до України, то наші вчені в цій галузі поки більшою мірою є спостерігачами.

Хом’як як співавтор нобелівського лауреата

Андрій Гейм, син сочинсь­ких  інженерів, у 1982 році закінчив Московський фізико-технічний інститут. У 1987-му здобув ступінь кандидата фізико-математичних наук в Інституті фізики твердого­ тіла АН СРСР. «Це був, звичайно, заділ на все життя.­ Такої освіти не здобудеш ні в Кембриджі, ні в Гарварді — ніде», — говорить Гейм. І додає: «А от експериментальна база науки являла собою сумне видовище…» Тому, коли в 1990 році з’явилася нагода попрацювати в науковому центрі в Англії, він виїхав з Росії. Одержав голландське громадянство. Останні 10 років керує центром із мезонауки й нанотехнологій Манчестерського університету,­ куди й викли­кав свого учня­ Костянтина Новосьолова.

У тандемі нових лауреатів лідером є Гейм. Треба сказати, що він цілком відповідає своєму прізвищу, яке з англійської перекладається як «гра». Так, у 1997 році в журналі European Journal of Physics учений опублікував статтю «Про летючих жаб і левітронів», де розповів про експерименти з нещасними земноводними. Саме ці досліди й були оцінені Шнобелівською премією. Але Андрій Костянтинович аж ніяк не став більш статечним. У 2001 році під час публікації статті «Виявлення обертання Землі за допомогою діамагнетично левітуючого гіроскопа» Гейм як співавтора указав… свого улюбленого хом’ячка Тишу, який значився як H.A.M.S. ter Tisha і, за словами вченого, зробив безпосередній внесок у роботу. Та й ідея одержання графену за допомогою банальної липкої стрічки говорить про парадоксальний і ігровий склад мислення вченого. Мабуть, академік, поглинений одними тільки формулами, до такого б не додумався.