Sir Andrey Konstantinovich Geim is een Fellow van de Royal Society, fellow van de Universiteit van Manchester en een in Rusland geboren Brits-Nederlandse natuurkundige. Samen met Konstantin Novoselov kreeg hij in 2010 de Nobelprijs voor de natuurkunde voor zijn werk aan grafeen. Hij is momenteel Regius Professor en directeur van het Centre for Meso-Science and Nanotechnology aan de Universiteit van Manchester.
Andrey Geim: biografie
Geboren op 21-10-58 in de familie van Konstantin Alekseevich Geim en Nina Nikolaevna Bayer. Zijn ouders waren Sovjet-ingenieurs van Duitse afkomst. Volgens Geim was de grootmoeder van zijn moeder joods en leed hij aan antisemitisme omdat zijn achternaam joods klinkt. Game heeft een broer Vladislav. In 1965 verhuisde zijn familie naar Nalchik, waar hij studeerde aan een school die gespecialiseerd was in Engels. Nadat hij cum laude was afgestudeerd, probeerde hij twee keer deel te nemen aan MEPhI, maar werd niet geaccepteerd. Toen solliciteerde hij bij het Moskouse Instituut voor Natuurkunde en Technologie, en deze keer slaagde hij erin om binnen te komen. Volgens hemVolgens hem studeerden de studenten heel hard - de druk was zo sterk dat mensen vaak instortten en hun studie verlieten, en sommigen eindigden met depressie, schizofrenie en zelfmoord.
Academische carrière
Andrey Geim behaalde zijn diploma in 1982 en in 1987 promoveerde hij in metaalfysica aan het Institute of Solid State Physics van de Russische Academie van Wetenschappen in Chernogolovka. Volgens de wetenschapper wilde hij destijds deze richting niet volgen, maar gaf hij de voorkeur aan elementaire deeltjesfysica of astrofysica, maar vandaag is hij tevreden met zijn keuze.
Game werkte als onderzoeker aan het Institute of Microelectronics Technology van de Russian Academy of Sciences en sinds 1990 aan de universiteiten van Nottingham (tweemaal), Bath en Kopenhagen. Volgens hem kon hij onderzoek doen in het buitenland en zich niet met politiek bezighouden, daarom besloot hij de USSR te verlaten.
Werken in Nederland
Andrey Geim nam zijn eerste fulltime baan in 1994, toen hij assistent-professor werd aan de Universiteit van Nijmegen, waar hij mesoscopische supergeleiding bestudeerde. Later kreeg hij de Nederlandse nationaliteit. Een van zijn afgestudeerde studenten was Konstantin Novoselov, die zijn belangrijkste onderzoekspartner werd. Zijn academische carrière in Nederland was volgens Geim echter verre van rooskleurig. Hij kreeg professoraten aangeboden in Nijmegen en Eindhoven, maar wees het af omdat hij het Nederlandse academische systeem te hiërarchisch en vol kleingeestige politiek vond, het is totaal anders dan het Britse, waar elke werknemer gelijk is. In zijn Nobellezing zei Game later dat deze situatie een beetje surrealistisch was, aangezien hij buiten de muren van de universiteit overal hartelijk werd verwelkomd, inclusief zijn supervisor en andere wetenschappers.
Verhuizen naar het VK
In 2001 werd Game hoogleraar natuurkunde aan de Universiteit van Manchester en in 2002 werd hij benoemd tot directeur van het Manchester Centre for Meso-Science and Nanotechnology en professor Langworthy. Zijn vrouw en oude medewerker Irina Grigorieva verhuisde ook naar Manchester als lerares. Later voegde Konstantin Novoselov zich bij hen. Sinds 2007 is Game Senior Fellow bij de Engineering and Physical Science Research Council. In 2010 benoemde de Universiteit van Nijmegen hem tot hoogleraar Innovative Materials and Nanoscience.
Onderzoek
Game heeft in samenwerking met wetenschappers van de Universiteit van Manchester en IMT een eenvoudige manier gevonden om een enkele laag grafietatomen, bekend als grafeen, te isoleren. In oktober 2004 publiceerde de groep hun bevindingen in het tijdschrift Science.
Grafeen bestaat uit een laag koolstof waarvan de atomen zijn gerangschikt in de vorm van tweedimensionale zeshoeken. Het is het dunste materiaal ter wereld, evenals een van de sterkste en hardste. De stof heeft veel potentiële toepassingen en is een uitstekend alternatief voor silicium. Een van de eerste toepassingen van grafeen zou de ontwikkeling van flexibele touchscreens kunnen zijn, zei Geim. Hij patenteerde het nieuwe materiaal niet omdat het een bepaaldreikwijdte en partner in de industrie.
De natuurkundige ontwikkelde een biomimetische lijm die bekend werd als gekko-tape vanwege de plakkerigheid van de ledematen van de gekko. Deze onderzoeken staan nog in de kinderschoenen, maar geven nu al hoop dat mensen in de toekomst in staat zullen zijn om plafonds zoals Spider-Man te beklimmen.
In 1997 bestudeerde Game de effecten van magnetisme op water, wat leidde tot de beroemde ontdekking van directe diamagnetische levitatie van water, die algemeen bekend werd door de demonstratie van een zwevende kikker. Hij werkte ook aan supergeleiding en mesoscopische fysica.
Over de keuze van onderwerpen voor zijn onderzoek, zei Game dat hij de benadering veracht van velen die een onderwerp kiezen voor hun doctoraat en vervolgens hetzelfde onderwerp voortzetten tot hun pensionering. Voordat hij zijn eerste fulltime baan kreeg, veranderde hij vijf keer van onderwerp en dat hielp hem veel te leren.
In een artikel uit 2001 noemde hij zijn geliefde hamster Tisha als co-auteur.
Geschiedenis van de ontdekking van grafeen
Op een herfstavond in 2002 dacht Andrey Geim aan koolstof. Hij specialiseerde zich in microscopisch dunne materialen en vroeg zich af hoe de dunste lagen materie zich onder bepaalde experimentele omstandigheden zouden kunnen gedragen. Grafiet, samengesteld uit monoatomaire films, was een voor de hand liggende kandidaat voor onderzoek, maar standaardmethoden voor het isoleren van ultradunne monsters zouden het oververhitten en vernietigen. Dus Game wees een van de nieuwe afgestudeerde studenten, Da Jiang,probeer een zo dun mogelijk monster te krijgen, zelfs een paar honderd lagen atomen, door een grafietkristal van een centimeter groot te polijsten. Een paar weken later bracht Jiang een korrel koolstof in een petrischaal. Nadat hij het onder een microscoop had onderzocht, vroeg Game hem om het opnieuw te proberen. Jiang zei dat dit alles was wat er nog over was van het kristal. Terwijl Game hem voor de grap verweet dat hij een berg had afgeveegd om een zandkorrel te krijgen, zag een van zijn senioren klompjes gebruikte tape in de prullenbak, waarvan de plakkerige kant bedekt was met een grijze, licht glanzende film van grafietresten.
In laboratoria over de hele wereld gebruiken onderzoekers tape om de hechtende eigenschappen van experimentele monsters te testen. De koolstoflagen waaruit grafiet bestaat, zijn losjes aan elkaar gehecht (sinds 1564 wordt het materiaal in potloden gebruikt, omdat het een zichtbare markering op papier achterlaat), zodat het plakband de schubben gemakkelijk scheidt. Game plaatste een stuk ducttape onder een microscoop en ontdekte dat de dikte van het grafiet dunner was dan wat hij tot nu toe had gezien. Door de tape te vouwen, samen te drukken en uit elkaar te trekken, wist hij nog dunnere lagen te krijgen.
Game is er voor het eerst in geslaagd een tweedimensionaal materiaal te isoleren: een mono-atomaire laag koolstof, die onder een atomaire microscoop eruitziet als een vlak rooster van zeshoeken, dat doet denken aan een honingraat. Theoretisch natuurkundigen noemden zo'n stof grafeen, maar ze gingen er niet vanuit dat het bij kamertemperatuur te verkrijgen was. Het leek hun dat het materiaal zou uiteenvallen in microscopisch kleine balletjes. In plaats daarvan zag Game dat grafeen in één bleefvlak dat rimpelt terwijl de materie zich stabiliseert.
Grafeen: opmerkelijke eigenschappen
Andrei Game riep de hulp in van afgestudeerde student Konstantin Novoselov en ze begonnen veertien uur per dag een nieuwe stof te bestuderen. De volgende twee jaar voerden ze een reeks experimenten uit, waarbij ze de verbazingwekkende eigenschappen van het materiaal ontdekten. Door zijn unieke structuur kunnen elektronen, zonder beïnvloed te worden door andere lagen, ongehinderd en ongewoon snel door het rooster bewegen. De geleidbaarheid van grafeen is duizenden keren groter dan die van koper. Game's eerste onthulling was de waarneming van een uitgesproken "veldeffect" dat optreedt in de aanwezigheid van een elektrisch veld, dat controle over de geleiding mogelijk maakt. Dit effect is een van de bepalende kenmerken van silicium dat wordt gebruikt in computerchips. Dit suggereert dat grafeen een vervanging zou kunnen zijn waar computerfabrikanten al jaren naar op zoek zijn.
De weg naar erkenning
Game en Konstantin Novoselov schreven een paper van drie pagina's waarin ze hun ontdekkingen beschrijven. Het werd twee keer afgewezen door Nature, waarbij een recensent zei dat het isoleren van een stabiel tweedimensionaal materiaal onmogelijk was, en een ander er geen "voldoende wetenschappelijke vooruitgang" in zag. Maar in oktober 2004 verscheen een artikel getiteld "Electric Field Effect in Atomically Thick Carbon Films" in het tijdschrift Science, dat grote indruk maakte op wetenschappers - voor hun ogen werd fantasie werkelijkheid.
Een lawine van ontdekkingen
Laboratoria over de hele wereld zijn begonnen met onderzoek met behulp van Geim's plakbandtechniek, en wetenschappers hebben andere eigenschappen van grafeen geïdentificeerd. Hoewel het het dunste materiaal in het universum was, was het 150 keer sterker dan staal. Grafeen bleek kneedbaar te zijn, net als rubber, en kon tot 120% van zijn lengte uitrekken. Dankzij het onderzoek van Philip Kim, en vervolgens wetenschappers van de Columbia University, werd ontdekt dat dit materiaal nog meer elektrisch geleidend is dan eerder werd gevonden. Kim plaatste grafeen in een vacuüm waar geen ander materiaal de beweging van zijn subatomaire deeltjes kon vertragen, en toonde aan dat het "mobiliteit" heeft - de snelheid waarmee een elektrische lading door een halfgeleider reist - 250 keer sneller dan silicium.
Tech race
In 2010, zes jaar na de ontdekking van Andrei Geim en Konstantin Novoselov, werd hen toch de Nobelprijs toegekend. In die tijd noemden de media grafeen een 'wondermateriaal', een stof die 'de wereld zou kunnen veranderen'. Hij werd benaderd door academische onderzoekers op het gebied van natuurkunde, elektrotechniek, geneeskunde, scheikunde, enz. Er werden patenten verleend voor het gebruik van grafeen in batterijen, flexibele schermen, waterontziltingssystemen, geavanceerde zonnecellen, ultrasnelle microcomputers.
Wetenschappers in China hebben 's werelds lichtste materiaal gemaakt: grafeen-aerogel. Het is 7 keer lichter dan lucht - een kubieke meter materie weegt slechts 160 g Grafeen-aerogel wordt gemaakt door een gel met grafeen en nanobuisjes te vriesdrogen.
Aan de Universiteit van Manchester,waar Game en Novoselov werken, heeft de Britse regering $ 60 miljoen geïnvesteerd om het National Graphene Institute op zijn basis te creëren, waardoor het land op één lijn zou kunnen komen met 's werelds beste patenthouders - Korea, China en de Verenigde Staten, die begonnen met de race om 's werelds eerste revolutionaire producten te maken op basis van nieuw materiaal.
eretitels en onderscheidingen
Een experiment met magnetische levitatie van een levende kikker bracht niet helemaal het resultaat dat Michael Berry en Andrey Game hadden verwacht. De Ig Nobelprijs werd in 2000 aan hen toegekend
In 2006 ontving Game de Scientific American 50 award.
In 2007 kende het Institute of Physics hem de Mott-prijs en -medaille toe. Tegelijkertijd werd Game verkozen tot Fellow van de Royal Society.
Game en Novoselov deelden de Europhysics Prize 2008 "voor de ontdekking en isolatie van de mono-atomaire koolstoflaag en de bepaling van zijn opmerkelijke elektronische eigenschappen." In 2009 ontving hij de Kerber Award.
De 2010 Andre Geim John Carthy Award van de Amerikaanse National Academy of Sciences werd toegekend "voor zijn experimentele realisatie en studie van grafeen, een tweedimensionale vorm van koolstof."
Ook in 2010 ontving hij een van de zes ereprofessoren van de Royal Society en de Hughes Medal "voor de revolutionaire ontdekking van grafeen en zijn opmerkelijke eigenschappen." Geim ontvangt eredoctoraten van de Technische Universiteit Delft, ETH Zürich, UniversiteitenAntwerpen en Manchester.
In 2010 werd hij onderscheiden met de Orde van de Nederlandse Leeuw voor zijn bijdragen aan de Nederlandse wetenschap. In 2012 werd Game voor zijn diensten aan de wetenschap gepromoveerd tot vrijgezelle ridders. Hij werd verkozen tot buitenlands corresponderend lid van de Amerikaanse Academie van Wetenschappen in mei 2012
Nobelprijswinnaar
Game en Novoselov ontvingen de Nobelprijs voor natuurkunde in 2010 voor hun baanbrekende werk op het gebied van grafeen. Toen hij over de prijs hoorde, zei Game dat hij niet had verwacht deze dit jaar te ontvangen en dat hij niet van plan is zijn onmiddellijke plannen te wijzigen. Een moderne natuurkundige heeft de hoop uitgesproken dat grafeen en andere tweedimensionale kristallen het dagelijks leven van de mensheid op dezelfde manier zullen veranderen als plastic. De prijs maakte hem de eerste persoon die tegelijkertijd zowel de Nobelprijs als de Ig Nobelprijs won. De lezing vond plaats op 8 december 2010 aan de Universiteit van Stockholm.
