Графен — нобелевское открытие российских учёных

Кон­текст и автор

Графен тео­ре­ти­че­ски изу­ча­ли с 1940-х годов, но счи­та­ли, что он неста­би­лен — дву­мер­ный кри­сталл должен сво­ра­чи­вать­ся или раз­ру­шать­ся при ком­нат­ной тем­пе­ра­ту­ре. В 2004 году Гейм и Но­во­сё­лов в Ман­че­стер­ском уни­вер­си­те­те до­ка­за­ли об­рат­ное самым про­стым воз­мож­ным ме­то­дом: брали гра­фи­то­вую крошку, от­ры­ва­ли слой за слоем обыч­ным кан­це­ляр­ским скот­чем и пе­ре­но­си­ли на под­лож­ку. На «пят­ни­цах бес­по­ряд­ка», когда ла­бо­ра­то­рия экс­пе­ри­мен­ти­ро­ва­ла с любыми идеями, ро­ди­лось одно из глав­ных от­кры­тий начала XXI века. Через 6 лет — Но­бе­лев­ская премия, самый быст­рый путь от от­кры­тия до на­гра­ды в со­вре­мен­ной науке.

Гейм и Но­во­сё­лов: Андрей Гейм (р. 1958, Сочи), путь МФТИ → ИФТТ РАН → Ман­че­стер; Кон­стан­тин Но­во­сё­лов (р. 1974, Нижний Тагил), МФТИ → Ман­че­стер; оба со­хра­ни­ли рос­сий­ское граж­дан­ство; Гейм — един­ствен­ный об­ла­да­тель и Но­бе­лев­ской, и Шно­бе­лев­ской премии; Но­во­сё­лов по­лу­чил Нобеля в 36 лет; сов­мест­но опуб­ли­ко­ва­ли более 200 на­уч­ных работ.

Что такое графен

Графен — мо­но­слой атомов уг­ле­ро­да, рас­по­ло­жен­ных в гек­са­го­наль­ной ре­шёт­ке. Каждый атом связан с тремя со­се­дя­ми ко­ва­лент­ны­ми σ-свя­зя­ми; чет­вёр­тый элек­трон об­ра­зу­ет де­ло­ка­ли­зо­ван­ную π-си­сте­му. Из-за этого графен ведёт себя как элек­трон­ный «дву­мер­ный газ» — элек­тро­ны в нём дви­жут­ся со ско­ро­стью около 10⁶ м/с, ведя себя как без­мас­со­вые ча­сти­цы.

Это не тео­ре­ти­че­ская аб­страк­ция: графит, из ко­то­ро­го делают ка­ран­да­ши, со­сто­ит из мил­ли­о­нов слоёв гра­фе­на. Гейм и Но­во­сё­лов всего лишь нашли способ вы­де­лить один.

Куда дви­жет­ся графен

• Ба­та­реи и су­пер­кон­ден­са­то­ры. Гра­фе­но­вые су­пер­кон­ден­са­то­ры за­ря­жа­ют­ся в 100 раз быст­рее литий-ионных. Уже в про­то­ти­пах смарт­фо­нов и элек­тро­мо­би­лей.
• Во­дя­ные филь­тры. Гра­фе­но­вые мем­бра­ны опрес­ня­ют мор­скую воду эф­фек­тив­нее любых су­ще­ству­ю­щих систем.
• Био­сен­со­ры. Гра­фе­но­вые чипы опре­де­ля­ют био­мар­ке­ры рака в крови за минуты.
• Гибкие экраны. Про­зрач­ный, проч­ный, про­во­дя­щий — иде­аль­ный ма­те­ри­ал для экра­нов, ко­то­рые можно сво­ра­чи­вать.

Связь с Чехией

В Чехии графен изу­ча­ют в CEITEC Brno (Central European Institute of Technology) — флаг­ман­ском ма­те­ри­а­ло­вед­че­ском ин­сти­ту­те при Ма­са­ри­ко­вом уни­вер­си­те­те. Чеш­ские ис­сле­до­ва­те­ли участ­ву­ют в ев­ро­пей­ском про­ек­те Graphene Flagship — мил­ли­ард­ной про­грам­ме ЕС по ком­мер­ци­а­ли­за­ции гра­фе­на.

В 2018 году Андрей Гейм был при­гла­шён­ным лек­то­ром в Кар­ло­вом уни­вер­си­те­те и по­лу­чил по­чёт­ный док­то­рат за вклад в физику. Это была одна из по­след­них его пуб­лич­ных лекций в Во­сточ­ной Европе — где он провёл первые 35 лет жизни.

Чи­тай­те также