Графен - материал, который последние шесть лет находится в центре внимания физиков-экспериментаторов во всем мире. До этого, правда, лет 40 считалось, что двумерный лист углерода - не более чем модельная абстракция, позволяющая в некоторых случаях сделать громоздкие вычисления в квантовой механике чуть более подъемными и обозримыми. Так вот, Константин Новоселов и Андрей Гейм, в настоящее время работающие в Манчестерском университете, получили Нобелевскую премию за то, что перевели графен из теоретической плоскости в практическую. Однако обо всем по порядку.

Долгая дорога к графену

Из школьной химии известно, что свойства того или иного вещества зависят не только от атомов, которые его составляют, но и от их взаимного расположения. В качестве примера обычно приводят углерод, который в случае одного расположения атомов дает хрупкий грязный графит, а в другом - твердый сияющий алмаз. Такие простые вещества, имеющие разные свойства при одинаковом составе, называют аллотропными модификациями. В этом смысле графит и алмаз - аллотропные модификации углерода.

В 60-х годах прошлого века физики стали интенсивно изучать не только трехмерные, но и двумерные аллотропные модификации. В частности, например, атомы углерода могут располагаться в одной плоскости самым простым и естественным образом - в виде гексагональной решетки (то есть решетки, у которой все ячейки - шестиугольники). Уже тогда, кстати, эта идея была не нова - например, Оскар Клейн еще в 1929 году предсказывал такому материалу необычные квантовые свойства.

В это же время предпринимались попытки получить отдельно "куски" плоского углерода, однако они не привели к успеху. В результате многие ученые решили, что получение этого материала на практике в принципе невозможно из соображений стабильности (такое в физике происходит сплошь и рядом - например, составляющие адроны кварки не существуют по отдельности).

В результате графен оставался не более чем абстракцией, удобной, например, для вычислений, ведь в случае двух измерений многие уравнения, связанные, например, с квантовой механикой, заметно упрощаются.

Первым предвестником революционного открытия Андрея Гейма и Константина Новоселова стало обнаружение фуллеренов в середине 1980-х годов. Фуллерены - это выпуклые многогранники, в вершинах которых располагаются атомы углерода. Самый известный подобный материал называется C 60 - в этой модификации атомы располагаются в вершинах фигуры, которая, напоминает футбольный мяч (в математике такой многогранник называется усеченным икосаэдром). За это открытие, кстати, американцы Роберт Керл и Ричард Смелли вместе с британцем Харолд Крото получили Нобелевскую премию по химии 1996 года.

Затем, в 90-х годах, развитие техники сделало возможным изучение так называемых углеродных нанотрубок (на звание первооткрывателей этих объектов претендуют сразу несколько групп исследователей, среди которых есть и советские физики). От трубок, казалось бы, до графена рукой подать: разрезал их вдоль, развернул - вот и готов двумерный листочек углерода. Оказывается, такое , что и доказали ученые из Стэнфордского университета и университета Райса в 2009 году. Однако впервые "невозможный" материал был получен другим способом.

Война за первенство

Андрей Константинович Гейм родился в 1958 году в Сочи. В 1982 году закончил факультет общей и прикладной физики МФТИ, а в 1987 году защитил кандидатскую диссертацию в Институте физики твердого тела АН СССР. До 1990 года работал в Институте проблем технологии микроэлектроники и особочистых материалов, после чего уехал за границу. На момент совершения открытия (2004 год) вместе с Константином Новоселовым работал в Манчестерском университете. Сейчас трудится там же, являясь формально гражданином Голландии. Примечательно, что Гейм является лауреатом Шнобелевской премии 2000 года за изучение левитации лягушек.

Как это часто бывает в науке, Гейму и Новоселову удалось не только удивить большинство физиков, получив на практике материал, который считался нестабильным, но и опередить несколько других групп исследователей, которые буквально дышали им в затылок.

Так, например технологию пилинга (именно так называется методика, по которой работали выходцы из бывшего СССР) придумали не Гейм с Новоселовым - данный метод безуспешно пытались применить исследователи под предводительством Родни Руоффа из Техасского университета еще в 1999 году.

Далее, спустя всего два месяца после появления статьи Гейма и Новоселова ученые из Технологического университета Джорджии подали на публикацию статью, в которой тонкие листы углерода предлагалось получать выжиганием при температуре 1300 градусов по Цельсию карбида кремния. Кроме этого в это же время физики из Колумбийского университета пробовали "рисовать" подобные пленки - они прикрепляли кристалл углерода к игле силового микроскопа и водили им по поверхности. Таким образом, однако, им удалось получить пленки, толщиной в 10 углеродных слоев.

Константин Сергеевич Новоселов родился в 1974 году в Нижнем Тагиле. В 1997 году закончил МФТИ и до 1999 года работал в Институте проблем технологии микроэлектроники и особо чистых материалов, после чего уехал за границу. В настоящее время работает в Манчестерском университете. Имеет два гражданства - российское и британское.

Как же Гейм и Новоселов опередили своих соперников? Оказывается, любой человек, когда-либо писавший карандашом, помимо своей воли занимался производством графеновых листов - во время письма углерод с графитового острия отслаивается плоскими хлопьями, некоторые из которых могут оказаться толщиной всего в один атом. Именно эту идею использовали Гейм и Новоселов - они отклеивали хлопья от графита при помощи скотча, после чего переносили их на специальную подложку. В 2004 году в Science появилась статья физиков, в которой они описывали не только технологию получения графена, но и некоторые его свойства.

Физики научились создавать пригодные для наноэлектроники ленты из графена. Ученые объяснили неудачи высокотемпературной сверхпроводимости. Физикам удалось заселить электронами свободные места в графене. Химикам удалось в десятки раз увеличить размер листа графена. Физики раскрыли механизм разрыва графена. Все перечисленное - это только заголовки заметок, посвященных графену, которые появились на "Ленте.ру" с начала 2010 года.

За прошедшие после открытия Гейма и Новоселова 6 лет ученые научились не только производить более или менее большие куски графена, но и обнаружили невероятный потенциал данного материала. Так, графен обладает высокой прочностью (он в 100 раз прочнее листа стали аналогичной толщины), теплопроводимостью (графен проводит тепло в 10 раз лучше меди), максимальной подвижностью электронов среди всех известных материалов, а также пригоден для создания уникальной электроники и многого другого.

Правда, почти все возможности графена пока далеки от практики - факт, который, очевидно, в Нобелевском комитете хорошо понимают (оттого и формулировка, с которой Гейму и Новоселову вручили награду, звучит как "за пионерские эксперименты, касающиеся двухмерного материала графена"). Несмотря на это за графеном будущее. Будущее, которое станет реальностью благодаря работе когда-то российских ученых Андрея Гейма и Константина Новоселова.

От редакции: затрагивая тему модернизации экономики России и развития высоких технологий в нашей стране , мы ставили задачу не только обратить внимание читателей на недостатки, но и рассказать о положительных примерах. Тем более что таковые есть, и немало. На минувшей неделе мы рассказывали о разработке в России топливных элементов, а сегодня поговорим о графене, за изучение свойств которого «бывший наш народ» недавно получил Нобелевскую премию. Оказывается, и в России, а точнее - в Новосибирске, над этим материалом работают весьма серьезно.

Кремний как основа микроэлектроники прочно завоевал позиции в пространстве высоких технологий, и произошло это не случайно. Во-первых, кремнию относительно легко придать нужные свойства. Во-вторых, он известен науке давно, и изучен «вдоль и поперек». Третья причина заключается в том, что в кремниевые технологии вложены поистине гигантские средства, и делать сейчас ставки на новый материал, пожалуй, мало кто решится. Ведь для этого придется перестраивать огромную промышленную отрасль. Вернее, строить ее почти с нуля.

Тем не менее, есть и другие претенденты на лидерство в качестве полупроводникового материала. Например, графен, который после вручения Нобелевской премии за изучение его свойств, стал очень моден. Для перехода на него с кремния действительно есть основания, так как графен обладает рядом существенных преимуществ. Но получим ли мы в итоге «электронику на графене» - еще не ясно, потому что рядом с достоинствами притаились и недостатки.

Чтобы поговорить о перспективах графена в микроэлектронике и о его уникальных свойствах, мы встретились в Новосибирске с главным научным сотрудником Института неорганической химии им. А. В. Николаева СО РАН, доктором химических наук, профессором Владимиром Федоровым.

Алла Аршинова: Владимир Ефимович, каковы современные позиции кремния в микроэлектронике?

Владимир Федоров: Кремний очень давно используется в отрасли в качестве основного полупроводникового материала. Дело в том, что он легко легируется, то есть, в него можно добавлять атомы различных элементов, которые направленным образом изменяют физические и химические свойства. Подобная модификация высокочистого кремния позволяет получать полупроводниковые материалы n- или р-типа. Таким образом, направленным легированием кремния регулируют важные для микроэлектроники функциональные свойства материалов.

Кремний - действительно уникальный материал, и именно это является причиной того, что в него вложено столько сил, средств и интеллектуальных ресурсов. Фундаментальные свойства кремния изучены настолько детально, что есть распространенное мнение о том, что ему просто не может быть замены. Однако недавние исследования графена дали зеленый свет другой точке зрения, которая заключается в том, что новые материалы могут быть доведены до такой степени, что смогут заменить кремний.

Кристаллическая структура кремния

Подобные дискуссии возникают в науке периодически, и разрешаются они, как правило, только после серьезных исследований. Например, недавно была схожая ситуация с высокотемпературными сверхпроводниками. В 1986 году Беднорц и Мюллер открыли сверхпроводимость в барий -лантан -медном оксиде (за это открытие им была присуждена Нобелевская премия уже в 1987 году - через год после открытия!), которая обнаруживалась при температуре, значительно превышающей значения, характерные для известных к тому времени сверхпроводящих материалов. При этом по строению купратные сверхпроводящие соединения значительно отличались от низкотемпературных сверхпроводников. Затем лавинообразные исследования родственных систем привели к получению материалов с температурой сверхпроводящего перехода 90 К и выше. Это означало, что в качестве хладоагента можно использовать не дорогой и капризный жидкий гелий, а жидкий азот - в газообразном виде его в природе очень много, и к тому же он существенно дешевле гелия.

Но, к сожалению, эта эйфория вскоре прошла после тщательных исследований новых высокотемпературных сверхпроводников. Эти поликристаллические материалы, как и другие сложные оксиды, подобны керамике: они хрупкие и непластичные. Оказалось, что внутри каждого кристалла сверхпроводимость имеет хорошие параметры, а вот в компактных образцах критические токи достаточно невысокие, что обусловлено слабыми контактами между зернами материала. Слабые Джозефсоновские переходы (Josephson junction) между сверхпроводящими зернами не позволяют изготовить материал (например, сделать провод) с высокими сверхпроводящими характеристиками.

Солнечная батарея на основе поликристаллического кремния

С графеном может получиться такая же ситуация. В настоящее время у него найдены очень интересные свойства, но еще предстоит провести широкие исследования для окончательного ответа на вопрос о возможности получения этого материала в промышленном масштабе и использования его в наноэлектронике.

Алла Аршинова: Объясните, пожалуйста, что такое графен, и чем он отличается от графита?

Владимир Федоров: Графен - это моноатомный слой, образованный из атомов углерода, который, как и графит, имеет решетку в форме сот. А графит это, соответственно, уложенные друг на друга в стопочку графеновые слои. Слои графена в графите связаны между собой очень слабыми Ван-дер-Ваальсовыми связями, потому и удаётся, в конце концов, оторвать их друг от друга. Когда мы пишем карандашом, это пример того, что мы снимаем слои графита. Правда, след карандаша, остающийся на бумаге, это еще не графен, а графеновая мультислойная структура.

Теперь каждый ребенок может на полном серьезе утверждать, что он не просто переводит бумагу, а создает сложнейшую графеновую мультислойную структуру

А вот если удается расщепить такую структуру до одного слоя, тогда получается истинный графен. Подобные расщепления и провели Нобелевские лауреаты по физике этого года Гейм и Новоселов. Им удалось расщепить графит с помощью скотча, и после исследования свойств этого «графитового слоя» выяснилось, что у него очень хорошие параметры для использования в микроэлектронике. Одним из замечательных свойств графена является высокая подвижность электронов. Говорят, графен станет незаменимым материалом для компьютеров, телефонов и прочей техники. Почему? Потому что в этой области идет тенденция на ускорение процедур обработки информации. Эти процедуры связаны с тактовой частотой. Чем выше рабочая частота, тем больше можно обработать операций в единицу времени. Поэтому скорость носителей заряда очень важна. Оказалось, что у графена носители заряда ведут себя как релятивистские частицы с нулевой эффективной массой. Такие свойства графена действительно позволяют надеяться, что можно будет создать устройства, способные работать на терагерцовых частотах, которые недоступны кремнию. Это одно из наиболее интересных свойств материала.

Нобелевские лауреаты по физике 2010 года Андрей Гейм и Константин Новоселов

Из графена можно получить гибкие и прозрачные пленки, что также очень интересно для целого ряда применений. Еще одним плюсом является то, что это очень простой и очень легкий материал, легче кремния; к тому же в природе углерода предостаточно. Поэтому если действительно найдут способ использовать этот материал в высоких технологиях, то, конечно, он будет иметь хорошие перспективы и, возможно, заменит в коне концов кремний.

Но есть одна фундаментальная проблема, связанная с термодинамической устойчивостью низкоразмерных проводников. Как известно, твердые тела подразделяются на различные пространственные системы; например, к системе 3D (three-dimensional) относят объемные кристаллы. Двумерные (2D) системы представлены слоистыми кристаллами. А цепочечные структуры относятся к одномерной (1D) системе. Так вот низкоразмерные - 1D цепочечные и 2D слоистые структуры с металлическими свойствами с термодинамической точки зрения не устойчивы, при понижении температуры они стремятся превратиться в систему, которая теряет металлические свойства. Это так называемые переходы «металл-диэлектрик». Насколько устойчивы будут графеновые материалы в каких-то устройствах, еще предстоит выяснить. Конечно, графен интересен, как с точки зрения электрофизических свойств, так и механических. Считается, что монолитный слой графена очень прочен.

Алла Аршинова: Прочнее алмаза?

Владимир Федоров: Алмаз обладает трехмерными связями, механически он очень прочный. У графита в плоскости межатомные связи такие же, может, и прочнее. Дело в том, что с термодинамической точки зрения алмаз должен превращаться в графит, потому что графит стабильнее алмаза. Но в химии есть два важных фактора, которые управляют процессом превращения: это термодинамическая стабильность фаз и кинетика процесса, то есть скорость превращения одной фазы в другую. Так вот, алмазы в музеях мира лежат уже столетиями и в графит не хотят превращаться, хотя должны. Может быть, через миллионы лет они все-таки превратятся в графит, хотя было бы очень жалко. Процесс перехода алмаза в графит при комнатной температуре протекает с очень медленной скоростью, но если вы нагреете алмаз до высокой температуры, тогда кинетический барьер преодолеть будет легче, и это точно произойдет.

Графит в первозданном виде

Алла Аршинова: То, что графит можно расщеплять на очень тонкие чешуйки, известно уже давно. В чем же тогда было достижение нобелевских лауреатов по физике 2010 года?

Владимир Федоров: Вы, наверное, знаете такого персонажа, как Петрик. После вручения Нобелевской премии Андрею Гейму и Константину Новоселову он заявил, что у него украли Нобелевскую. В ответ Гейм сказал, что, действительно, подобные материалы были известны очень давно, но им дали премию за изучение свойств графена, а не за открытие способа его получения как такового. На самом деле, их заслуга в том, что они смогли отщепить от высоко ориентированного графита очень хорошие по качеству графеновые слои и детально изучить их свойства. Качество графена очень важно, как и в кремниевой технологии. Когда научились получать кремний очень высокой степени чистоты, только тогда и стала возможна электроника на его основе. Такая же ситуация и с графеном. Гейм и Новоселов взяли очень чистый графит с совершенными слоями, сумели отщепить один слой и изучили его свойства. Они первые доказали, что этот материал обладает набором уникальных свойств.

Алла Аршинова: В связи с вручением Нобелевской премии ученым с русскими корнями, работающим заграницей, наши соотечественники, далекие от науки, задаются вопросом, можно ли было прийти к таким же результатам здесь, в России?

Владимир Федоров: Наверное, можно было. Просто они в свое время уехали. Их первая статья, опубликованная в Nature, написана в соавторстве с несколькими учеными из Черноголовки. По-видимому, наши российские исследователи тоже вели работу в этом направлении. Но завершить ее убедительным образом не получилось. Жалко. Возможно, одной из причин являются более благоприятные условия для работы в зарубежных научных лабораториях. Я недавно приехал из Кореи и могу сравнить условия работы, которые мне были там предоставлены, с работой дома. Так вот там я ничем не был озабочен, а дома - полно рутинных обязанностей, которые отнимают много времени и постоянно отвлекают от главного. Меня обеспечивали всем, что было необходимо, причем исполнялось это с поразительной быстротой. Например, если мне нужен какой-то реактив, я пишу записку - и на следующий день мне его привозят. Подозреваю, что у нобелевских лауреатов тоже очень хорошие условия для работы. Ну и им хватило упорства: они многократно пытались получить хороший материал и, наконец, достигли успеха. Они действительно потратили большое количество времени и сил на это, и премия в этом смысле вручена заслуженно.

Алла Аршинова: А какие именно преимущества дает графен по сравнению с кремнием?

Владимир Федоров: Во-первых, мы уже сказали, что он обладает высокой подвижностью носителей, как говорят физики, носители заряда не обладают массой. Масса всегда тормозит движение. А в графене электроны движутся таким образом, что можно считать их не обладающими массой. Такое свойство уникально: если и есть другие материалы и частицы со схожими свойствами, то встречаются они крайне редко. Этим графен оказался хорош, этим же он выгодно отличается от кремния.

Во-вторых, графен обладает высокой теплопроводностью, и это очень важно для электронных устройств. Он очень легкий, а графеновый лист - прозрачный и гибкий, его можно свернуть. Графен может быть и очень дешевым, если разработают оптимальные методы его получения. Ведь «скотч-метод», который продемонстрировали Гейм и Новоселов, не является промышленным. Этим методом получают образцы действительно высокого качества, но в очень малых количествах, только для исследований.

И сейчас химики разрабатывают другие способы получения графена. Ведь нужно получать большие листы, чтобы поставить производство графена на поток. Этими вопросами занимаемся и мы здесь, в Институте неорганической химии. Если научатся синтезировать графен с помощью таких методов, которые бы позволили получать материал высокого качества в промышленных масштабах, тогда есть надежда, что он произведет революцию в микроэлектронике.

Алла Аршинова: Как, наверное, все уже знают из СМИ, графеновую мультислойную структуру можно получить с помощью карандаша и липкой ленты. А в чем заключается технология получений графена, применяемая в научных лабораториях?

Владимир Федоров: Существует несколько методов. Один из них известен очень давно, он основан на использовании оксида графита. Его принцип довольно прост. Графит помещают в раствор высоко окисляющих веществ (например, серная, азотная кислота и др.), и при нагревании он начинает взаимодействовать с окислителями. При этом графит расщепляется на несколько листочков или даже на одноатомные слои. Но полученные монослои не являются графеном, а представляют собой окисленный графен, в котором есть присоединенный кислород, гидроксильные и карбоксильные группы. Теперь главная задача заключается в том, чтобы эти слои восстановить до графена. Поскольку при окислении получаются частички небольшого размера, то надо их каким-то образом склеить, чтобы получить монолит. Усилия химиков направлены на то, чтобы понять, как можно из оксида графита, технология получения которого известна, сделать графеновый лист.

Есть еще один метод, также достаточно традиционный и известный уже давно - это химическое осаждение из газовой фазы с участием газообразных соединений. Его суть заключается в следующем. Сначала реакционные вещества возгоняют в газовую фазу, потом их пропускают через нагретую до высоких температур подложку, на которой и осаждаются нужные слои. Когда подобран исходный реагент, например, метан, его можно разложить таким способом, чтобы водород отщепился, а углерод остался на подложке. Но эти процессы трудно контролируемы, и идеальный слой получить сложно.

Графен— одна из аллотропных модификаций углерода

Существует и другой метод, который сейчас начинает активно применяться, - метод использования интеркалированных соединений. В графит, как и в другие слоистые соединения, можно помещать между слоями молекулы различных веществ, которые называются «молекулы гостя». Графит - это матрица «хозяина», куда мы поставляем «гостей». Когда происходит интеркаляция гостей в решетку хозяина, естественно, слои разъединяются. Это как раз то, что и требуется: процесс интеркаляции расщепляет графит. Интеркалированные соединения являются очень хорошими предшественниками для получения графена - нужно только вынуть оттуда «гостей» и не дать слоям снова схлопнуться в графит. В этой технологии важным этапом является процесс получения коллоидных дисперсий, которые можно превращать в графеновые материалы. Мы в нашем институте поддерживаем именно такой подход. На наш взгляд, это самое продвинутое направление, от которого ожидаются очень хорошие результаты, потому что из различного рода интеркалированных соединений можно наиболее просто и эффективно получать изолированные слои.

По структуре графен похож на соты. И с недавних пор он стал очень «сладкой» темой

Выделяют и еще один способ, который называют тотальный химический синтез. Он заключается в том, что из простых органических молекул собирают нужные «соты». Органическая химия обладает очень развитым синтетическим аппаратом, который позволяет получать огромное разнообразие молекул. Поэтому методом химического синтеза пытаются получить графеновые структуры. Пока что удалось создать графеновый лист, состоящий примерно из двухсот атомов углерода.

Разрабатываются и другие подходы к синтезу графена. Несмотря на многочисленные проблемы, наука в этом направлении успешно продвигается вперед. Есть большая доля уверенности в том, что существующие препятствия будут преодолены, и графен приблизит новую веху в развитии высоких технологий.

Если у вас есть бриллианты, знайте: несколько лет назад эти сверкающие камни уступили пальму первенства своему серому кузену графиту, пишут журналисты, сообщая, что вчера Нобелевскую премию получили физики русского происхождения, работающие в Великобритании, Андре Гейм и Константин Новоселов. Полученный ими чудо-материал графен открывает поистине фантастические перспективы в электронике и других областях.

Два выходца из России - Андре Гейм и Константин Новоселов, ныне работающие в Манчестерском университете в Великобритании, - удостоены Нобелевской премии по физике за разработку графена - нового материала с уникальными свойствами, сообщает The Wall Street Journal .

"Путь к Нобелевской премии начался для ученых с банального кусочка скотча и графитового карандашного стержня", - повествует автор публикации. Несколько лет назад Гейму и Новоселову понадобилась тонкая пластина графита для исследования его электропроводящих свойств. Они попробовали "ободрать" тончайшие слои с карандашного стержня, наклеивая и снимая скотч. В итоге удалось получить материал толщиной всего в один атом. Материалы толщиной в один атом - особенные: по своим свойствам они совершенно непохожи на стандартные трехмерные, заметил Гейм.

По мнению ученого, графен идеально подходит для производства быстродействующих транзисторов и в отдаленном будущем может вытеснить кремний. В феврале появилась публикация о графеновом транзисторе, работающем в диапазоне радиочастот, а в июне японские и корейские ученые презентовали первый сенсорный экран из графена, сообщает издание.

Кристаллы толщиной в один атом или одну молекулу - это чудо-материалы, поясняет на страницах The New Scientist сам Андре Гейм. Графен "тверже и прочнее алмаза, но растягивается на четверть своей длины, точно резина", поясняет ученый. Графен не пропускает газы и жидкости, проводит тепло и электричество лучше, чем медь. Графеновые транзисторы работают быстрее кремниевых, с графеном можно проводить небывалые эксперименты в сфере квантовой механики, считает новоиспеченный нобелевский лауреат.

Нобелевскую премию по физике редко получают в 36 лет, нечасто и в 51, но именно таков возраст Константина Новоселова и Андрея Гейма - двух ученых российского происхождения, награжденных в этом году премией, обычно присуждаемой ветеранам научного поприща, пишет испанская El Mundo .

"Несмотря на свою молодость, два российских физика за последние годы уже получили такие престижные премии, как EuroPhysics (2008) и премия Кёрбера. Нобелевская премия, присужденная во вторник, венчает череду наград за открытие графена - нового двухмерного материала с уникальными характеристиками, который через несколько лет способен совершить революцию в электронных устройствах", - отмечает корреспондент.

"Помимо страсти к физике, Андрей Гейм на протяжении всей карьеры демонстрировал отличное чувство юмора", - продолжает издание. В 2001 году он опубликовал работу о вращении Земли в соавторстве с неожиданным коллегой - хомяком Тишей, а 2000 году ему была присуждена Шнобелевская премия за использование магнитного поля для левитации лягушек. По мнению Гейма, чувство юмора и любопытство - два качества, необходимые для хорошего ученого.

Исследования Гейма и Новоселова можно считать прорывом в нанотехнологиях - новой и невероятно многообещающей науке, пишет La Stampa . Известно, что алмазы, как и графит, представляют собой кристаллы углерода. Разница в том, что в алмазе атомы углерода формируют трехмерный кристалл, в то время как графит состоит из многочисленных слоев двухмерного кристалла.

"На атомном уровне свойства материалов могут радикально меняться", - пояснил изданию Марко Полини, эксперт по нанотехнологиям Laboratorio NEST Национального научного центра. И именно в бесконечно маленьком мире графит взял реванш. Графен - материал, состоящий из одиночного слоя атомов углерода, собранных в гексагональную решетку, - обладает большой механической жесткостью и хорошей теплопроводностью. Высокая подвижность носителей заряда делает его перспективным для использования в самых различных областях. Прежде всего, чипы на основе графена могут открыть дорогу к миниатюризации электронных компонентов, и в ближайшие годы графен может стать основой для компьютерных экранов - тонких и невероятно легких, как лист бумаги. Далее: ожидается создание сенсоров, чувствительных к появлению самого минимального количества загрязняющих веществ. Кроме того, будет достаточно добавить один промилле графена, чтобы получить более прочный и устойчивый к высоким температурам пластик. Иными словами, вполне справедливо сказать: "Графен - for ever", пишет итальянская журналистка.

Тоньше волоса, легче шелка, но при этом чрезвычайно прочный: Андре Гейм и Константин Новоселов, выходцы из России, создали поистине удивительный материал под названием графен - и получили за это Нобелевскую премию по физике, пишет SPIEGEL ONLINE . Долгое время считалось, что материал из единичного слоя атомов углерода получить невозможно, но в 2004 году в лаборатории университета Манчестера им удалось получить графен - причем очень простым способом: с помощью обычного скотча и куска графита путем многократного приклеивания.

Открытый материал обладает действительно удивительными свойствами, продолжает издание: квадратный метр решетки графена весит менее миллиграмма, при этом на гамаке из него могла бы с комфортом разместиться кошка.

"Интерес к графену прямо-таки зашкаливает, - признает Корнелиус Нильш из университета Гамбурга. - У нас в Германии существует более 100 рабочих групп, занимающихся исследованием этого материала".

Сам Новоселов, по его словам, был "шокирован" известием о присуждении ему и его коллеге Нобелевской премии. Гейм также не рассчитывал на столь почетную награду, поделился он в беседе с изданием.

Графен и российская реальность

newsru.com
Лауреат Нобелевской премии 2010 года по физике Андрей Гейм в интервью рассказал, что несколько лет назад не смог приехать в Россию из-за бюрократических проблем с получением визы.

"Я пытался в какой-то момент поехать, но мне визу не дали по почте. Во все другие страны дают по почте, а в России не дают. Поскольку у меня было российское гражданство, меня хотят видеть в посольстве в Лондоне", - сказал выходец из России, профессор британского Университета Манчестера в интервью "Первому каналу" . По словам Гейма, несмотря на такие проблемы, он все еще хочет навестить институтских друзей.

В настоящее время Андрей Гейм является гражданином Нидерландов. Ранее Гейм и его коллега Константин Новоселов, который разделил Нобелевскую премию с профессором, были сотрудниками физических институтов в подмосковной Черноголовке. Как стало известно, Новоселов, у которого двойное гражданство - России и Великобритании - в конце октября прилетит в Москву на конференцию по нанотехнологиям.

По словам Новоселова, он до сих пор не верит, что это о нем пишут все английские газеты. Как сообщает "Первый канал", своих учеников профессор Новоселов сильно разочаровал. Они считали, что шеф хоть пару дней будет отмечать свою премию, а он первым делом после сообщения о премии погнал их в лабораторию работать.

Лауреаты наливали поздравлявшим вино и просили рассказывать анекдоты

В Университете Манчестера не стали устраивать пышных торжеств в связи с премией. Председатель Британского королевского научного общества поздравил Гейма и Новоселова по телефону. Тем, кто пришел лично пожать лауреатам руку, они наливали красное вино и просили рассказать свежий анекдот.

The Wall Street Journal
Ultrathin Carbon Earns Nobel

Почти час неспешной беседы с лауреатом Нобелевской премии на следующий вечер после того, как о ней было объявлено - это превосходит даже самые смелые мои ожидания.

По логике вещей, мифологическому существу в образе гениального ученого (иные таких премий не получают) надлежит находиться вне зоны досягаемости - скажем так, на вершине мира, в параллельном пространстве, не знаю где.

Но двое потрясающих парней, которые преподнесли человечеству чудо в образе тончайшего и прочнейшего материала на Земле, продолжают жить как ни в чем не бывало - не отключают своих телефонов, выходят на работу, проводят семинары в своем университете, сидят на совещании.

"Не беспокойтесь, они здесь, - говорят мне в Университете Манчестера, - работают в обычном режиме, после шести должны освободиться". Андрея Гейма я-таки не застаю. Интервью "Российской газете" дает Константин Новоселов.

Нобеля в области физики вручили этой паре на двоих, они работали над своим открытием долгих семь лет, оба из России, научная колыбель тоже одна на двоих - Физтех подмосковного Долгопрудного и Институт физики твердого тела АН СССР в Черноголовке.

51 -летний Андрей Гейм, уехав из России, работал в университетах Ноттингема, Копенгагена и Неймегена. В университете Манчестера - с 2001 года. Туда же сманил за собой своего аспиранта, который с 1999 года трудился в Нидерландах. В университете 36-летнего профессора Новоселова зовут смешно - "профессор Костя". Но это нам смешно, а иностранцам полное имя своего русского профессора выговорить затруднительно. К тому же в старой доброй Англии студенты в самом деле зовут своих профессоров просто по именам.

И в самом деле, уже успела стать легендой история, как двое работающих в Британии ученых из России использовали якобы клейкую ленту, расщепляя обычный, типа карандашного, графит на мелкие чешуйки. Открытый Геймом - Новоселовым графен - это абсолютно новый, ранее неизвестный человечеству, тончайший, в один атом толщиной, материал, в сотни раз более прочный, чем сталь. О широчайших возможностях применения их открытия для дальнейшего технического прогресса можно теперь фантазировать до бесконечности.

Российская газета: Профессор Новоселов, примите наши искренние поздравления с высочайшей наградой. Можно называть вас просто по имени?

Константин Новоселов: Спасибо! Да, конечно, можно.

РГ: Константин, я читала на сайте вашего Манчестерского университета, что Андрей Гейм рассказывал, как он спокойно спал всю ночь накануне известия о Нобеле, потому что никак не ожидал выиграть приз. А вы?

Новоселов: То же самое и я.

РГ: Почему же вы оба не ожидали?

Новоселов: Я не могу ответить за Андрея, скажу о себе. В принципе слухи, что нам могут дать Нобелевскую премию, появились еще 2 - 3 года назад. И честно говоря, это все было не очень приятно, поэтому в какой-то момент я решил, что вообще не буду обращать внимания на эти дела. И жизнь наладилась.

РГ: А почему это портило вам жизнь?

Новоселов: Ну, все-таки получить Нобелевскую премию - это, наверное, мечта каждого физика. И если понимаешь, что есть шанс, то поневоле начинаешь волноваться. Поэтому лучше об этом не думать.

РГ: Открытый вами графен называют потенциальным преемником силикона и говорят о его огромных социальных и экономических преимуществах для общества. В самом ли деле это так и в чем преимущества?

Новоселов: Про то, что графен - преемник силикона, я умолчу. Там куча других проблем, про которые можно прочитать целую лекцию, но в самом деле существует огромное количество площадок, где графен может сработать, где он может заменить другие материалы или просто открыть новые применения. И я, если честно, очень верю, что это произойдет.

Одно из ближайших направлений, которое развивают сразу несколько компаний, - это проводящие прозрачные покрытия. Они необходимы, например, в вашем мобильном телефоне для сенсорного экрана, для жидкокристаллических дисплеев, для вашего компьютера, для солнечных батарей. Это может обеспечить огромный рынок, графен может значительно улучшить существующие технологии.

Одна из причин, почему графен так быстро прошел путь от первых измерений до практически реальных приложений, - это то, что огромное количество людей по всему миру занимаются этим. Например, "Самсунг" очень активен в области графеновой науки и большая исследовательская работа была произведена именно на "Самсунге". У них замечательные исследователи.

Но подробно ответить на ваш вопрос могли бы сегодня в Манчестерской бизнес-школе. Они специально изучают социальные последствия развития графеновой науки. В Манчестере и в Атланте (США) получены гранты от правительства на такое исследование и сравнительный анализ.

Что же касается нас с Андреем, то главное "социальное последствие" - что все последние семь лет мы делали очень интересные эксперименты и получали массу удовольствия от этого.

РГ: Что вас привело к этому открытию? Как это произошло?

Новоселов: Это, в принципе, стиль работы, который Андрей насаждает, или, вернее сказать, прививает в нашей лаборатории и которому я стараюсь следовать - так называемые "эксперименты в пятницу вечером". То есть когда вы можете выдвинуть совершенно глупую, бредовую идею и попробовать ее. И если не сработала, то не страшно - вы не потратили много времени. А если сработала, то она может принести очень большие плоды. И графен был одной из таких идей. Была идея сделать транзистор из графита с помощью расщепления его на мелкие чешуйки, и, как ни странно, буквально первые же образцы заработали и после этого было очевидно, что за этим стоит очень интересная физика.

РГ: Почему вашей исследовательской базой стал университет Манчестера? Это случайность или сознательный выбор?

Новоселов: Честно говоря, это был не мой выбор, а Андрея Гейма. Мы работали с ним в Голландии, я был его аспирантом. Потом он переехал в Манчестер и попросил меня переехать вместе с ним. В тот момент мне стало скучно в Голландии и я с удовольствием переехал в Англию.

РГ: В России вас считают российскими физиками. Да и в здешних СМИ тоже пишут - "работающие в Британии российские ученые". Вы готовы признать, что фундаментальную основу, или, лучше сказать, потенциал для сделанного вами открытия заложила российская - советская школа физики?

Новоселов: Безусловно. База была заложена именно в России. Физтех - это лучший институт в мире, наверное. После него я работал в Черноголовке, где совершенно замечательная школа экспериментальной и теоретической физики. Поэтому все, что я знаю о физике - не все, но, наверное, очень многое, - я получил именно там.

Влияние России определяющее, но я не хотел бы смещать акценты только на Россию. Нужно помнить, что наука - интернациональная вещь. Без этого она работать ну никак не может. Из всего, что мы знаем в данное время о графене, может быть, только 10 процентов или даже меньше были получены нами. Огромное количество групп по всему миру работает над этой проблемой, и мы в нашей работе пользовались их результатами тоже. У нас огромное количество коллабораторов по всему миру, и мы с ними и сотрудничаем и соревнуемся одновременно. Поэтому это существенно интернациональная работа.

РГ: Можете ли вы назвать советскую или российскую школу физики одной из лучших в мире? Как бы вы определили ее рейтинг?

Новоселов: Это определить абсолютно невозможно. Я желаю только лучшего российской науке, но это было бы совершенно неправильно, взять и сказать, что мы лучшие. Надо лишь признавать, что мы очень хорошие, и поэтому нам надо идти в люди. Идти в другие страны, отдавать то, что у нас есть, и брать то, что есть у них.

РГ: Кого бы вы назвали своим главным учителем?

Новоселов: Андрея. Я, разумеется, очень много узнал про физику на физтехе и в Черноголовке, но то, как делать науку, я узнал, наблюдая за Андреем.

РГ: Что бы вы могли сказать о нем? Что делает Андрея Гейма уникальным партнером для вас в науке?

Новоселов: Он бесконечно умный человек. Я не люблю слова гений, но, наверное, к нему оно применимо. Самое главное, чему Андрей научил меня, это не бояться признавать свои ошибки и просто быть достаточно смелым в науке.

РГ: Можно ли как-то разделить и измерить вклад каждого из вас в эту колоссальную семилетнюю работу?

Новоселов: Это очень сложно точно определить, но большая часть - это его.

РГ: Что для вас самое привлекательное в условиях работы, предоставленных Университетом Манчестера?

Новоселов: Самое важное, что нас здесь полностью оградили от большинства административной работы и мы можем сконцентрироваться только на науке.

РГ: Британские ученые постоянно сетуют на слабую финансовую базу своих университетов и недостаточное финансирование науки. Вы ощутили это на себе?

Новоселов: Это правда. Но мы оказались в привилегированной ситуации, нам повезло. У нас было достаточное финансирование.

РГ: Как часто вы бываете в России, кого навещаете?

Новоселов: В России я бываю раз в год - полтора, к сожалению, не получается приезжать чаще. В Москве и в Нижнем Тагиле живут мои родственники. Я с удовольствием туда приезжаю. У меня там огромное количество друзей. За те 11 лет, как я уехал, изменения очень заметные. Люди на улицах стали выглядеть счастливее.

РГ: У вас есть жена, дети?

Новоселов: Да, есть. Они со мной в Манчестере.

РГ: Когда состоится вручение премии?

Новоселов: Не знаю.

РГ: Каким образом вы узнали, что вам вручили Нобеля? Как все это произошло, что вы пережили в этот миг? Это же просто немыслимо представить.

Новоселов: Я общался по Скайпу с нашим коллаборатором из Голландии, мы обсуждали последние графики для нашей новой статьи. Это было во вторник. Позвонил телефон, я даже не стал выключать Скайп, просто попросил его подождать. Поднял трубку, они, эти люди из комитета, сразу же выдали себя своим шведским акцентом. - сообщили, поздравили. Потом я вернулся к Скайпу, немного пообщался с этим человеком...

РГ: То есть вы были в состоянии вот так буднично, как ни в чем не бывало, продолжать "общаться"?

Новоселов: Да. Тут еще люди приехали из Америки, и я попытался что-то делать с ними, а потом начались уже все эти звонки - и было просто абсолютно невозможно работать. Но за те несколько минут, которые прошли во всем этом первом шоке, я вдруг понял, что все - жизнь изменилась очень сильно. И мне захотелось как бы ее вернуть обратно. И вообще все стало как-то непонятно...

РГ: Почему?

Новоселов: Ну это же, как мне кажется, очевидно. Ведь все-таки тяжело представить, как все теперь пойдет. И хочется вернуть все на круги своя и начать снова нормально и продуктивно работать. Нас в университете спросили на следующий день, переносим ли мы семинар или оставляем его, я сказал: давайте будем пытаться делать все настолько приближенно к нормальному дню, насколько это возможно. Плохо получается, но... Наш департамент устроил сегодня вечером встречу, пришли студенты, все были рады, конечно.

РГ: Вы завидуете тем, "у которых вершина еще впереди", как пел Высоцкий? Или продолжите взбираться все выше? Куда теперь?

Новоселов: Я уверен, что все еще впереди. Есть идеи. Я буду продолжать самые интересные эксперименты по графену. Эта премия нас очень сильно отбросила назад. Буду пытаться что-нибудь придумать и помимо графена...

Кто же он? Новоселов Константин Сергеевич!

Биография

Известный ученый родился в городе Нижнем Тагиле Свердловской области 23 августа 1974 года в семье инженера и преподавательницы по английскому языку в школе № 39, основателем и директором которой был некогда его дед, Виктор Константинович Новоселов.

Будучи в шестом классе, Константин обнаруживает незаурядные способности и занимает первое место в областной олимпиаде по физике, и чуть позже, на всесоюзной олимпиаде, повторяет успех, войдя в десятку сильнейших. В 1991 году оканчивает дополнительную Заочную физико-техническую школу и в том же году становится студентом Московского физико-технического института. Он обучается по специальности "нанотехнология" на факультете физической и квантовой электроники, и с отличием оканчивает институт, после чего его принимают на работу в ИПТМ РАН (Институт проблем технологии микроэлектроники РАН) в Черноголовке. Там он оканчивает аспирантуру под руководством Юрия Дубровского.

За границей

В 1999 году Константин Сергеевич Новоселов - физик, с уже сложившейся репутацией, переезжает в Нидерланды. Там, в Университете Неймегена, он работает вместе с Андреем Геймом. С 2001 года ученые вместе работают уже в Манчестерском университете. В 2004 году получает степень доктора философии (руководитель Ян-Кеес Маан).

На данный момент Константин Сергеевич Новоселов - профессор Королевского общества и профессор физико-математических наук в Манчестерском университете и имеет двойное гражданство (Россия и Великобритания). Сейчас проживает в Манчестере.

Исследования

Чем известен Константин Сергеевич Новоселов? По мнению аналитического агенства Thomson Reuters, русско-британский физик является одним из часто цитируемых ученых. Из-под его пера вышли 190 научных статей. Однако самым значимым его исследованием является, конечно, графен. Многие слышали это слово, которое кажется простым и знакомым. Технология действительно лаконична и элегантна, как и все гениальное. Дальнейшее изучение возможно, введет человечество в эру сверхбыстрых и сверхтонких мобильных и компьютерных устройств, электрокаров и прочных, но очень легких конструкций.

Награды

Когда Константин Сергеевич Новоселов стал работать в Манчестерском университете, его руководителем стал старший коллега из России, К тому времени тот уже давно занимался исследованиями в этой области и сумел воспроизвести механизм прилипания лап геккона, и на основе него создал липкую ленту, которую физики позже использовали в работе с графеном. До этого Гейму помогал некий китайский студент, но, по словам самого физика, работа стала продвигаться только после того, как за дело взялся Новоселов Константин Сергеевич. Нобелевская премия была присуждена им в октябре 2010 года. Новоселов теперь известен как самый молодой нобелевский лауреат по физике (за последние 37 лет), мало того, на данный момент он является единственным ученым среди нобелевских премиатов, родившимся позже 1970 года.

В том же 2010 году Новоселов получает звание командора ордена Нидерландского льва за существенный вклад в науку Нидерландов, а чуть позже, в 2011 году, указ королевы Елизаветы ll делает его рыцарем-бакалавром, уже за вклад в науку Великобритании. Торжественная церемония посвящения в рыцари проходила чуть позже, весной 2012 года, как и полагается, в Букингемском дворце. Вела ее дочь королевы, принцесса Анна.

Надо сказать, что Константин Сергеевич Новоселов, научная и общественная деятельность которого весьма обширны, получил еще одну престижную награду за исследования графена, став лауреатом премии "Еврофизика" в 2008 году. Она присуждается раз в два года, нобелевских лауреатов среди ее премиантов было всего тринадцать. Премия заключается в денежном вознаграждении и соответствующем сертификате. Также он получил премию Курти, однако уже не за графен, а за список достижений в работе со сферой низких температур и магнитных полей.

О семье и жизни

Константин Новоселов счастлив в браке с супругой Ириной. Хотя она тоже русская, познакомились ученые за границей, в Нидерландах. Ирина родом из Вологды, занимается исследованиями в области микробиологии, (диссертацию защитила в Санкт-Петербурге). У пары две дочери, двойняшки Софья и Вика родились в 2009 году.

Константин Сергеевич, по его собственным словам, не тот отец, который неделями просиживает в лаборатории, пропуская детство собственных детей. Для него изобрести самый маленький в мире транзистор и научить дочь считать до двадцати семи - нечто, стоящее в одном ряду. "Этого никто никогда до тебя не делал", - говорит он.

В свою очередь, его родители никогда не пытались ограничивать сына в интересах. Они всегда были уверены, что их сын очень одарен, и, как говорит сам физик, не удивились, когда он получил Нобелевскую премию.

В интервью для журнала Esquire он признался, что мечтает научиться играть на фортепиано. Он обучается, однако, по его собственному признанию, результаты пока посредственные.

Об СССР

Константин Сергеевич родился в СССР и получил отличное образование. Он сам признается, что такие глубокие знания мало где можно получить. Но в Россию возвращаться не собирается. Пожалуй, именно из-за этого некоторые журналисты невольно упрекают его в отсутствии патриотизма. На это ученый отвечает, что дело не в деньгах, просто в Британии работать спокойнее, ведь в твои дела никто не вмешивается.

Новоселов относится к жизни легко, не зацикливается на неудачах - это одно из его основных правил. Если возникают трудности в отношениях с людьми, он старается не доводить до разрыва, но, если это неизбежно, оставляет последнее слово за другим человеком. У известного физика возникает множество обычных жизненных проблем, например, он был бы готов потратить любые деньги, лишь бы получить немного свободного времени.

Но свою жизнь на работу и отдых он не делит, возможно, в этом и есть ключ продуктивности ученого. Дома он думает о физике, а на работе - просто отдыхает душой.

Что такое графен

Несмотря, конечно, на все достижения в области физики, главной работой Новоселова был и пока остается графен. Эта структура, которую впервые получить в лабораторных условиях удалось именно нашим соотечественникам, является двумерной "сеткой" из атомов углерода толщиной всего в один атом. Сам Новоселов утверждает, что технология не является сложной и создать графен может каждый, чуть ли не из подручных средств. Он говорит, что достаточно для начала купить хороший графит, хотя можно использовать даже карандаши, а также потратиться немного на кремниевые подложки и скотч. Все, набор для создания графена готов! Таким образом, материал не станет достоянием исключительно больших корпораций, Новоселов и Гейм буквально подарили его всему миру.

Удивительные свойства

Также физик удивляется электронным свойствам этого материала. По его словам, графен можно использовать в транзисторах, что и пытаются уже сейчас делать в некоторых компаниях, заменяя привычные детали в мобильных устройствах.

По утверждениям Новоселова, графен произведет революцию в технологиях. Неотъемлемая часть любого фантастического фильма - это невероятные гаджеты, прозрачные, тонкие, не бьющиеся и с огромным функционалом. Если графен постепенно заменит устаревший кремний, технологии из кинематографа появятся и в жизни.

Чем еще примечательны исследования Новоселова и Гейма? Тем, что они практически мгновенно перекочевали из лабораторий на конвейеры, и даже больше - оказались очень полезны уже в первые годы.

Технологии будущего

Где же сейчас применяется графен? Казалось бы, столь недавно открытый материал еще не мог распространиться широко, и отчасти это действительно так. Практически все разработки носят пока экспериментальный характер и не выпущены в массовое производство. Однако применять этот материал пытаются сейчас буквально во всех сферах, что, пожалуй, можно назвать настоящей "графеновой лихорадкой".

Сам графен, несмотря на малый вес и практически полную прозрачность (он поглощает 2 % проходящего света, ровно столько же, сколько обыкновенное оконное стекло), материал очень прочный. Недавние исследования американских ученых показали, что графен отлично смешивается с пластиком. Это в результате дает сверхпрочный материал, который можно использовать во всех областях, начиная от производства мебели и мобильных телефонов и заканчивая ракетостроением.

Из графена уже сейчас созданы опытные образцы аккумуляторов для электрокаров. Они отличаются большой емкостью и малым временем зарядки. Возможно, именно так будет решена проблема с электромобилями, и транспорт станет дешевым и экологичным.

Графен используется в разработках новых сенсорных панелей для телефонов. Если классические сенсоры могут работать только на ровной поверхности, то графен этого недостатка лишен, ведь его можно гнуть как угодно. К тому же высокая электропроводность позволит сделать отклик минимальным.

В авиации

Корпуса ракет и самолетов, сделанные с применением графена, будут в несколько раз легче, что сильно снизит затраты на топливо. Полеты станут такими дешевыми, что позволить себе путешествие на другой край земли сможет позволить себе каждый. Но, помимо пассажирских перевозок, это скажется, конечно, и на грузовых. Снабжение отдаленных уголков планеты станет гораздо лучше, а значит, жить и работать там станет больше людей.