סר אנדריי קונסטנטינוביץ' גיים הוא עמית מהחברה המלכותית, עמית מאוניברסיטת מנצ'סטר ופיזיקאי בריטי-הולנדי יליד רוסיה. יחד עם קונסטנטין נובוסלוב, הוא זכה בפרס נובל לפיזיקה בשנת 2010 על עבודתו על גרפן. כיום הוא פרופסור ריגיוס ומנהל המרכז למזו-מדע וננוטכנולוגיה באוניברסיטת מנצ'סטר.
אנדריי גיים: ביוגרפיה
נולד ב-21/10/58 במשפחת קונסטנטין אלכסייביץ' גיים ונינה ניקולייבנה באייר. הוריו היו מהנדסים סובייטים ממוצא גרמני. לדברי גיים, סבתה של אמו הייתה יהודייה והוא סבל מאנטישמיות כי שם משפחתו נשמע יהודי. למשחק יש אח ולדיסלב. בשנת 1965 עברה משפחתו לנאלצ'יק, שם למד בבית ספר המתמחה באנגלית. לאחר שסיים את לימודיו בהצטיינות, הוא ניסה פעמיים להיכנס ל-MEPhI, אך לא התקבל. אחר כך פנה למכון מוסקבה לפיזיקה וטכנולוגיה, והפעם הוא הצליח להיכנס. לפיולדבריו, הסטודנטים למדו קשה מאוד - הלחץ היה כל כך חזק, שלעתים קרובות אנשים נשברו ועזבו את הלימודים, וחלקם גמרו בדיכאון, סכיזופרניה והתאבדות.
קריירה אקדמית
אנדריי גיים קיבל את התעודה שלו ב-1982, וב-1987 הוא הפך לתואר דוקטור בפיזיקה של מתכות במכון לפיזיקה של מצב מוצק של האקדמיה הרוסית למדעים בצ'רנוגולובקה. לדברי המדען, באותה תקופה הוא לא רצה להמשיך בכיוון הזה, והעדיף פיזיקה של חלקיקים אלמנטריים או אסטרופיזיקה, אבל היום הוא מרוצה מהבחירה שלו.
Game עבד כחוקר במכון לטכנולוגיה של מיקרו-אלקטרוניקה באקדמיה הרוסית למדעים, ומאז 1990 באוניברסיטאות נוטינגהאם (פעמיים), באת' וקופנהגן. לדבריו, הוא יכול היה לעשות מחקר בחו ל, ולא להתעסק בפוליטיקה, ולכן החליט לעזוב את ברית המועצות.
עבודה בהולנד
אנדריי גיים לקח את התפקיד הראשון שלו במשרה מלאה בשנת 1994, כאשר הפך לעוזר פרופסור באוניברסיטת ניימיגן, שם למד מוליכות-על מזוסקופית. מאוחר יותר קיבל אזרחות הולנדית. אחד מתלמידיו לתואר שני היה קונסטנטין נובוסלוב, שהפך לשותפו העיקרי למחקר. עם זאת, לדברי גיים, הקריירה האקדמית שלו בהולנד הייתה רחוקה מלהיות ורודה. הוצעו לו משרות פרופסור בניימגן ובאיינדהובן, אבל הוא דחה את זה כי הוא מצא שהמערכת האקדמית ההולנדית היררכית מדי ומלאה בפוליטיקה קטנה, היא שונה לחלוטין מזו הבריטית, שבה כל עובד שווה בזכויות.בהרצאת נובל שלו, גיים אמר מאוחר יותר שהמצב הזה קצת סוריאליסטי, שכן מחוץ לכותלי האוניברסיטה הוא התקבל בחום בכל מקום, כולל המנחה שלו ומדענים אחרים.
עובר לבריטניה
בשנת 2001, Game הפך לפרופסור לפיזיקה באוניברסיטת מנצ'סטר, ובשנת 2002 מונה למנהל מרכז מנצ'סטר למסו-מדע וננוטכנולוגיה ולפרופסור לאנגוורת'י. גם אשתו ומשתפת הפעולה הוותיקה אירינה גריגוריבה עברה למנצ'סטר כמורה. מאוחר יותר הצטרף אליהם קונסטנטין נובוסלוב. מאז 2007, משחק הוא עמית בכיר במועצה לחקר הנדסה ומדעי הפיזיקה. בשנת 2010 מינתה אותו אוניברסיטת ניימיגן לפרופסור לחומרים חדשניים וננו-מדע.
Research
Game מצא דרך פשוטה לבודד שכבה אחת של אטומי גרפיט, המכונה גרפן, בשיתוף עם מדענים מאוניברסיטת מנצ'סטר ו-IMT. באוקטובר 2004 פרסמה הקבוצה את ממצאיה בכתב העת Science.
גרפן מורכב משכבה של פחמן, שהאטומים שלה מסודרים בצורה של משושים דו-ממדיים. זהו החומר הדק ביותר בעולם, כמו גם אחד החזקים והקשים ביותר. לחומר שימושים פוטנציאליים רבים ומהווה חלופה מצוינת לסיליקון. אחד השימושים הראשונים בגרפן יכול להיות פיתוח מסכי מגע גמישים, אמר גיים. הוא לא רשם פטנט על החומר החדש כי זה ידרוש משהו מסויםהיקף ושותף בתעשייה.
הפיזיקאי פיתח דבק ביומימטי שנודע כסרט שממית בגלל הדביקות של איברי השממית. המחקרים האלה עדיין בשלבים הראשונים שלהם, אבל כבר נותנים תקווה שבעתיד אנשים יוכלו לטפס על תקרות כמו ספיידרמן.
בשנת 1997, Game חקר את השפעות המגנטיות על המים, מה שהוביל לגילוי המפורסם של ריחוף דיאמגנטי ישיר של מים, שנודע ברבים עקב הדגמה של צפרדע מרחפת. הוא גם עבד על מוליכות-על ופיזיקה מזוסקופית.
על בחירת הנושאים למחקר שלו, גיים אמר שהוא מתעב את הגישה של רבים בוחרים נושא לדוקטורט שלהם ואז ממשיכים באותו נושא עד לפנסיה. לפני שקיבל את התפקיד הראשון שלו במשרה מלאה, הוא שינה את הנושא שלו חמש פעמים וזה עזר לו ללמוד הרבה.
בעיתון משנת 2001, הוא כינה את האוגר האהוב שלו תישה כמחבר שותף.
היסטוריה של גילוי הגרפן
ערב סתיו אחד בשנת 2002 אנדריי גיים חשב על פחמן. הוא התמחה בחומרים דקים מיקרוסקופית ותהה כיצד שכבות החומר הדקות ביותר יכולות להתנהג בתנאי ניסוי מסוימים. גרפיט, המורכב מסרטים מונוטומיים, היה מועמד ברור למחקר, אבל שיטות סטנדרטיות לבידוד דגימות דקות במיוחד היו מתחממות יתר על המידה והורסות אותו. אז Game הקצה את אחד מהסטודנטים החדשים לתואר שני, Da Jiang,נסו להשיג דגימה דקה ככל האפשר, אפילו כמה מאות שכבות של אטומים, על ידי ליטוש גביש גרפיט בגודל סנטימטר אחד. כמה שבועות לאחר מכן, ג'יאנג הביא גרגר פחמן בצלחת פטרי. לאחר שבדק אותו במיקרוסקופ, גיים ביקש ממנו לנסות שוב. ג'יאנג אמר שזה כל מה שנשאר מהגביש. בזמן שגיים נזף בו בצחוק על כך שניגב הר כדי לקבל גרגר חול, אחד מבכיריו ראה בסל האשפה גושים של סרט משומש, שצדו הדביק היה מכוסה בסרט אפור ומבריק מעט של שאריות גרפיט.
במעבדות ברחבי העולם, חוקרים משתמשים בסרט כדי לבדוק את תכונות ההדבקה של דגימות ניסוי. שכבות הפחמן המרכיבות את הגרפיט מחוברות באופן רופף (מאז 1564 נעשה שימוש בחומר בעפרונות, מכיוון שהוא משאיר סימן גלוי על הנייר), כך שהסרט ההדבקה מפריד בקלות בין הקשקשים. משחק הניח חתיכת סרט דביק מתחת למיקרוסקופ ומצא שעובי הגרפיט דק יותר ממה שראה עד כה. על ידי קיפול, סחיטה ומשיכת הסרט, הוא הצליח להשיג שכבות דקות אפילו יותר.
המשחק הצליח לבודד לראשונה חומר דו-ממדי: שכבה מונוטומית של פחמן, שתחת מיקרוסקופ אטומי נראית כמו סריג שטוח של משושים, המזכירה חלת דבש. פיזיקאים תיאורטיים קראו לחומר כזה גרפן, אבל הם לא הניחו שאפשר להשיג אותו בטמפרטורת החדר. נראה היה להם שהחומר יתפרק לכדורים מיקרוסקופיים. במקום זאת, Game ראה שגרפן נשאר באחדמטוס שמתפתל כשהחומר מתייצב.
גרפן: מאפיינים מדהימים
אנדריי גיים נעזר בסטודנט לתואר שני קונסטנטין נובוסלוב, והם החלו ללמוד חומר חדש ארבע עשרה שעות ביום. במהלך השנתיים הבאות הם ערכו סדרה של ניסויים, במהלכם גילו את התכונות המדהימות של החומר. בגלל המבנה הייחודי שלו, אלקטרונים, מבלי להיות מושפעים משכבות אחרות, יכולים לנוע דרך הסריג באין מפריע ומהיר בצורה יוצאת דופן. המוליכות של גרפן גדולה פי אלפי מזו של נחושת. הגילוי הראשון של המשחק היה התבוננות ב"אפקט שדה" מובהק המתרחש בנוכחות שדה חשמלי, המאפשר שליטה בהולכה. אפקט זה הוא אחד המאפיינים המגדירים של סיליקון המשמש בשבבי מחשב. זה מצביע על כך שגרפן יכול להיות תחליף שיצרני מחשבים חיפשו במשך שנים.
הדרך להכרה
Game וקונסטנטין נובוסלוב כתבו מאמר בן שלושה עמודים המתאר את תגליותיהם. זה נדחה פעמיים על ידי Nature, כאשר מבקר אחד אמר כי בידוד חומר דו-ממדי יציב הוא בלתי אפשרי, ואחר לא רואה בו "התקדמות מדעית מספקת". אבל באוקטובר 2004 פורסם בכתב העת Science מאמר שכותרתו "אפקט שדה חשמלי בסרטי פחמן עבים אטומית", שעשה רושם רב על מדענים - לנגד עיניהם, הפנטזיה הפכה למציאות.
מפולת של תגליות
מעבדות ברחבי העולם החלו במחקר באמצעות טכניקת סרט ההדבקה של Geim, ומדענים זיהו תכונות אחרות של גרפן. למרות שזה היה החומר הדק ביותר ביקום, הוא היה חזק פי 150 מפלדה. הגרפן התגלה כגמיש, כמו גומי, ויכול להימתח עד 120% מאורכו. הודות למחקר של פיליפ קים, ולאחר מכן מדענים מאוניברסיטת קולומביה, נמצא שחומר זה מוליך חשמלית אפילו יותר ממה שנמצא בעבר. קים הכניס את הגרפן לוואקום שבו שום חומר אחר לא יכול להאט את תנועת החלקיקים התת-אטומיים שלו, והראה שיש לו "ניידות" - המהירות שבה מטען חשמלי עובר דרך מוליך למחצה - מהר פי 250 מסיליקון.
מירוץ טכנולוגי
בשנת 2010, שש שנים לאחר התגלית שגילו אנדריי גיים וקונסטנטין נובוסלוב, הוענק להם בכל זאת פרס נובל. באותה תקופה, התקשורת כינתה את הגרפן "חומר פלא", חומר ש"יכול לשנות את העולם". פנו אליו חוקרים אקדמיים בתחומי הפיזיקה, הנדסת חשמל, רפואה, כימיה ועוד. ניתנו פטנטים לשימוש בגרפן בסוללות, מסכים גמישים, מערכות התפלת מים, תאים סולאריים מתקדמים, מיקרו מחשבים מהירים במיוחד.
מדענים בסין יצרו את החומר הקל בעולם - איירגל גרפן. הוא קל פי 7 מאוויר - מטר מעוקב של חומר שוקל רק 160 גרם. גרפן אירג'ל נוצר על ידי ייבוש בהקפאה של ג'ל המכיל גרפן וננו-צינורות.
לאוניברסיטת מנצ'סטר,היכן ש-Game ו-Novoselov פועלות, ממשלת בריטניה השקיעה 60 מיליון דולר כדי ליצור על בסיסה את מכון הגרפן הלאומי, שיאפשר למדינה להיות בשורה אחת עם מחזיקי הפטנטים הטובים בעולם - קוריאה, סין וארה ב, שהחלה את מירוץ ליצירת המוצרים המהפכניים הראשונים בעולם המבוססים על חומר חדש.
תארי כבוד ופרסים
ניסוי בריחוף מגנטי של צפרדע חיה לא הביא בדיוק את התוצאה לה ציפו מייקל ברי ואנדריי גיים. פרס איג נובל הוענק להם בשנת 2000
בשנת 2006 קיבל משחק את פרס Scientific American 50.
בשנת 2007, המכון לפיזיקה העניק לו את פרס Mott ואת המדליה. במקביל, גיים נבחר לעמית של החברה המלכותית.
Game ונובוסלוב חלקו את פרס היורופיזיקה לשנת 2008 "על הגילוי והבידוד של השכבה המונוטומית של הפחמן וקביעת התכונות האלקטרוניות המדהימות שלה". בשנת 2009 הוא קיבל את פרס קרבר.
פרס אנדרה גיים ג'ון קארתי לשנת 2010 מהאקדמיה הלאומית למדעים של ארה"ב הוענק "עבור המימוש והמחקר הניסיוני שלו של גרפן, צורה דו-ממדית של פחמן."
כמו כן, בשנת 2010, הוא קיבל את אחת מששת תואר פרופסור הכבוד של החברה המלכותית ואת מדליית יוז "על הגילוי המהפכני של הגרפן ותכונותיו המדהימות". גיים זכה בתארי דוקטור לשם כבוד מאוניברסיטת דלפט לטכנולוגיה, ETH ציריך, אוניברסיטאותאנטוורפן ומנצ'סטר.
בשנת 2010 הוענק לו מסדר האריה של הולנד על תרומתו למדע ההולנדי. בשנת 2012, עבור שירותים למדע, גיים הועלה לדרגת אבירים רווקים. הוא נבחר כחבר מתכתב זר באקדמיה למדעים של ארצות הברית במאי 2012
חתן פרס נובל
Game ונובוסלוב זכו בפרס נובל לפיזיקה לשנת 2010 על עבודתם החלוצית בנושא גרפן. כששמע על הפרס, Game אמר שהוא לא ציפה לקבל אותו השנה ואין לו תוכניות לשנות את תוכניותיו המיידיות. פיזיקאי מודרני הביע את התקווה שגרפן וגבישים דו-ממדיים אחרים ישנו את חיי היומיום של האנושות באותו אופן שבו עשה הפלסטיק. הפרס הפך אותו לאדם הראשון שזוכה גם בפרס נובל וגם בפרס איג נובל בו זמנית. ההרצאה התקיימה ב-8 בדצמבר 2010 באוניברסיטת שטוקהולם.
