Sir Andrey Konstantinovich Geim ist Fellow der Royal Society, Fellow der University of Manchester und ein in Russland geborener britisch-niederländischer Physiker. Zusammen mit Konstantin Novoselov erhielt er 2010 den Nobelpreis für Physik für seine Arbeiten zu Graphen. Derzeit ist er Regius-Professor und Direktor des Centre for Meso-Science and Nanotechnology an der University of Manchester.
Andrey Geim: Biographie
Geboren am 21.10.58 in der Familie von Konstantin Alekseevich Geim und Nina Nikolaevna Bayer. Seine Eltern waren sowjetische Ingenieure deutscher Herkunft. Laut Geim war die Großmutter seiner Mutter Jüdin und er litt unter Antisemitismus, weil sein Nachname jüdisch klingt. Spiel hat einen Bruder Vladislav. 1965 zog seine Familie nach Nalchik, wo er an einer Englischschule studierte. Nach seinem Abschluss mit Auszeichnung versuchte er zweimal, MEPhI aufzunehmen, wurde aber nicht angenommen. Dann bewarb er sich am Moskauer Institut für Physik und Technologie, und diesmal gelang ihm der Eintritt. Laut ihmIhm zufolge lernten die Studenten sehr hart – der Druck war so stark, dass die Leute oft zusammenbrachen und ihr Studium abbrachen, und einige endeten mit Depressionen, Schizophrenie und Selbstmord.
Akademische Laufbahn
Andrey Geim erhielt 1982 sein Diplom und promovierte 1987 in Metallphysik am Institut für Festkörperphysik der Russischen Akademie der Wissenschaften in Chernogolovka. Damals, so der Wissenschaftler, habe er diese Richtung nicht einschlagen wollen, sondern Elementarteilchenphysik oder Astrophysik bevorzugt, heute sei er mit seiner Wahl zufrieden.
Game arbeitete als Forscher am Institut für Mikroelektronik-Technologie der Russischen Akademie der Wissenschaften und seit 1990 an den Universitäten Nottingham (zweimal), Bath und Kopenhagen. Seiner Meinung nach konnte er im Ausland forschen und sich nicht mit Politik beschäftigen, weshalb er sich entschloss, die UdSSR zu verlassen.
Arbeiten in den Niederlanden
Andrey Geim trat seine erste Vollzeitstelle 1994 an, als er Assistenzprofessor an der Universität Nijmegen wurde, wo er mesoskopische Supraleitung studierte. Später erhielt er die niederländische Staatsbürgerschaft. Einer seiner Doktoranden war Konstantin Novoselov, der sein wichtigster Forschungspartner wurde. Seine akademische Karriere in den Niederlanden verlief jedoch laut Geim alles andere als rosig. Ihm wurden Professuren in Nijmegen und Eindhoven angeboten, aber er lehnte ab, weil er das niederländische akademische System zu hierarchisch und voller kleinlicher Politik fand, es ist völlig anders als das britische, wo alle Angestellten die gleichen Rechte haben. In seinem Nobelvortrag sagte Game später, dass diese Situation ein wenig surreal sei, da er außerhalb der Mauern der Universität überall herzlich willkommen geheißen werde, auch von seinem Betreuer und anderen Wissenschaftlern.
Umzug nach Großbritannien
2001 wurde Game Professor für Physik an der University of Manchester und 2002 zum Direktor des Manchester Centre for Meso-Science and Nanotechnology und Professor Langworthy ernannt. Seine Frau und langjährige Mitarbeiterin Irina Grigorieva zog ebenfalls als Lehrerin nach Manchester. Später schloss sich ihnen Konstantin Novoselov an. Seit 2007 ist Game Senior Fellow beim Engineering and Physical Science Research Council. 2010 ernannte ihn die Universität Nijmegen zum Professor für Innovative Materialien und Nanowissenschaften.
Forschung
Game hat in Zusammenarbeit mit Wissenschaftlern der University of Manchester und des IMT einen einfachen Weg gefunden, eine einzelne Schicht aus Graphitatomen, bekannt als Graphen, zu isolieren. Im Oktober 2004 veröffentlichte die Gruppe ihre Ergebnisse in der Zeitschrift Science.
Graphen besteht aus einer Kohlenstoffschicht, deren Atome in Form zweidimensionaler Sechsecke angeordnet sind. Es ist das dünnste Material der Welt, sowie eines der stärksten und härtesten. Die Substanz hat viele Anwendungsmöglichkeiten und ist eine hervorragende Alternative zu Silizium. Eine der ersten Anwendungen für Graphen könnte die Entwicklung flexibler Touchscreens sein, sagte Geim. Er ließ das neue Material nicht patentieren, weil es eine bestimmte Menge erfordern würdeAnwendungsbereich und Partner in der Industrie.
Der Physiker entwickelte einen biomimetischen Klebstoff, der aufgrund der Klebrigkeit der Gecko-Gliedmaßen als Gecko-Klebeband bekannt wurde. Diese Studien befinden sich noch in einem frühen Stadium, geben aber bereits Hoffnung, dass Menschen in Zukunft wie Spider-Man Decken erklimmen können.
1997 untersuchte Game die Auswirkungen von Magnetismus auf Wasser, was zu der berühmten Entdeckung der direkten diamagnetischen Levitation von Wasser führte, die durch die Demonstration eines schwebenden Frosches weithin bekannt wurde. Er beschäftigte sich auch mit Supraleitung und mesoskopischer Physik.
In Bezug auf die Wahl der Themen für seine Forschung sagte Game, er verabscheue den Ansatz, dass viele ein Thema für ihre Promotion wählen und dann dasselbe Thema bis zur Rente fortsetzen. Bevor er seine erste Vollzeitstelle bekam, wechselte er fünfmal das Fach und lernte dabei viel.
In einer Arbeit aus dem Jahr 2001 nannte er seinen geliebten Hamster Tisha als Co-Autor.
Entdeckungsgeschichte von Graphen
An einem Herbstabend im Jahr 2002 dachte Andrey Geim über Kohlenstoff nach. Er spezialisierte sich auf mikroskopisch dünne Materialien und fragte sich, wie sich die dünnsten Materieschichten unter bestimmten experimentellen Bedingungen verh alten könnten. Graphit, das aus einatomigen Filmen besteht, war ein naheliegender Kandidat für die Forschung, aber Standardmethoden zur Isolierung ultradünner Proben würden es überhitzen und zerstören. Also beauftragte Game einen der neuen Doktoranden, Da Jiang,Versuchen Sie, eine möglichst dünne Probe zu erh alten, sogar einige hundert Atomschichten, indem Sie einen 2,5 cm großen Graphitkristall polieren. Ein paar Wochen später brachte Jiang ein Kohlenstoffkorn in einer Petrischale. Nachdem er es unter einem Mikroskop untersucht hatte, bat Game ihn, es noch einmal zu versuchen. Jiang sagte, dass dies alles sei, was von dem Kristall übrig geblieben sei. Während Game ihm scherzhaft vorwarf, er habe einen Berg gewischt, um ein Sandkorn zu bekommen, sah einer seiner Senioren Klumpen von gebrauchtem Klebeband im Papierkorb, dessen klebrige Seite mit einem grauen, leicht glänzenden Film aus Graphitresten bedeckt war.
In Labors auf der ganzen Welt verwenden Forscher Klebeband, um die Klebeeigenschaften von experimentellen Proben zu testen. Die Kohlenstoffschichten, aus denen Graphit besteht, sind lose verbunden (seit 1564 wird das Material in Bleistiften verwendet, da es auf Papier sichtbare Spuren hinterlässt), sodass das Klebeband die Schuppen leicht trennt. Game legte ein Stück Klebeband unter ein Mikroskop und stellte fest, dass die Dicke des Graphits dünner war als das, was er bisher gesehen hatte. Durch F alten, Quetschen und Auseinanderziehen des Bandes gelang es ihm, noch dünnere Schichten zu erzielen.
Game gelang es erstmals, ein zweidimensionales Material zu isolieren: eine einatomige Kohlenstoffschicht, die unter einem Atommikroskop wie ein flaches Gitter aus Sechsecken aussieht, das an eine Wabe erinnert. Theoretische Physiker nannten eine solche Substanz Graphen, aber sie gingen nicht davon aus, dass sie bei Raumtemperatur gewonnen werden könnte. Es schien ihnen, als würde das Material in mikroskopisch kleine Kugeln zerfallen. Stattdessen sah Game, dass Graphen in einem verbliebEbene, die sich kräuselt, wenn Materie sich stabilisiert.
Graphen: bemerkenswerte Eigenschaften
Andrei Game nahm die Hilfe des Doktoranden Konstantin Novoselov in Anspruch, und sie begannen, vierzehn Stunden am Tag eine neue Substanz zu studieren. In den nächsten zwei Jahren führten sie eine Reihe von Experimenten durch, bei denen sie die erstaunlichen Eigenschaften des Materials entdeckten. Aufgrund seiner einzigartigen Struktur können sich Elektronen ungehindert und ungewöhnlich schnell durch das Gitter bewegen, ohne von anderen Schichten beeinflusst zu werden. Die Leitfähigkeit von Graphen ist tausendmal höher als die von Kupfer. Die erste Entdeckung von Game war die Beobachtung eines ausgeprägten "Feldeffekts", der in Gegenwart eines elektrischen Felds auftritt und die Kontrolle der Leitung ermöglicht. Dieser Effekt ist eine der bestimmenden Eigenschaften von Silizium, das in Computerchips verwendet wird. Dies deutet darauf hin, dass Graphen ein Ersatz sein könnte, nach dem Computerhersteller seit Jahren suchen.
Der Weg zur Anerkennung
Game und Konstantin Novoselov schrieben eine dreiseitige Abhandlung, in der sie ihre Entdeckungen beschreiben. Es wurde zweimal von Nature abgelehnt, wobei ein Rezensent sagte, dass es unmöglich sei, ein stabiles zweidimensionales Material zu isolieren, und ein anderer keinen "ausreichenden wissenschaftlichen Fortschritt" darin sah. Aber im Oktober 2004 wurde in der Zeitschrift Science ein Artikel mit dem Titel "Electric Field Effect in Atomically Thick Carbon Films" veröffentlicht, der einen großen Eindruck auf die Wissenschaftler machte - vor ihren Augen wurde die Fantasie Wirklichkeit.
Eine Lawine von Entdeckungen
Labore auf der ganzen Welt begannen mit der Forschung mit Geims Klebebandtechnik, und Wissenschaftler haben andere Eigenschaften von Graphen identifiziert. Obwohl es das dünnste Material im Universum war, war es 150 Mal stärker als Stahl. Graphen erwies sich als formbar wie Gummi und konnte sich bis zu 120 % seiner Länge dehnen. Dank der Forschung von Philip Kim und den damaligen Wissenschaftlern der Columbia University wurde festgestellt, dass dieses Material noch elektrisch leitfähiger ist als bisher festgestellt. Kim brachte Graphen in ein Vakuum, in dem kein anderes Material die Bewegung seiner subatomaren Partikel verlangsamen konnte, und zeigte, dass es „Mobilität“– die Geschwindigkeit, mit der sich eine elektrische Ladung durch einen Halbleiter bewegt – 250-mal schneller als Silizium besitzt.
Tech-Rennen
Im Jahr 2010, sechs Jahre nach der Entdeckung von Andrei Geim und Konstantin Novoselov, wurde ihnen doch der Nobelpreis verliehen. Damals nannten die Medien Graphen ein „Wundermaterial“, eine Substanz, die „die Welt verändern könnte“. Er wurde von akademischen Forschern aus den Bereichen Physik, Elektrotechnik, Medizin, Chemie usw. angesprochen. Es wurden Patente für die Verwendung von Graphen in Batterien, flexiblen Bildschirmen, Wasserentsalzungssystemen, fortschrittlichen Solarzellen und ultraschnellen Mikrocomputern erteilt.
Wissenschaftler in China haben das leichteste Material der Welt entwickelt – Graphen-Aerogel. Es ist siebenmal leichter als Luft – ein Kubikmeter Materie wiegt nur 160 g. Graphen-Aerogel entsteht durch Gefriertrocknung eines Gels, das Graphen und Nanoröhren enthält.
An die Universität von Manchester,wo Game und Novoselov arbeiten, investierte die britische Regierung 60 Millionen Dollar, um auf ihrer Grundlage das National Graphene Institute zu gründen, das es dem Land ermöglichen würde, mit den weltbesten Patentinhabern gleichzuziehen – Korea, China und den Vereinigten Staaten, die das begannen Wettlauf um die Entwicklung der weltweit ersten revolutionären Produkte auf Basis neuer Materialien.
Ehrentitel und Auszeichnungen
Ein Experiment mit der Magnetschwebebahn eines lebenden Frosches brachte nicht ganz das Ergebnis, das Michael Berry und Andrey Game erwartet hatten. Der Ig-Nobelpreis wurde ihnen im Jahr 2000 verliehen
2006 erhielt Game den Scientific American 50 Award.
Im Jahr 2007 verlieh ihm das Institut für Physik den Mott-Preis und die Medaille. Gleichzeitig wurde Game zum Fellow der Royal Society gewählt.
Game und Novoselov teilten sich den Europhysics-Preis 2008 „für die Entdeckung und Isolierung der einatomigen Kohlenstoffschicht und die Bestimmung ihrer bemerkenswerten elektronischen Eigenschaften“. 2009 erhielt er den Kerber-Preis.
Der Andre Geim John Carthy Award 2010 der US National Academy of Sciences wurde "für seine experimentelle Realisierung und Untersuchung von Graphen, einer zweidimensionalen Form von Kohlenstoff" verliehen.
Ebenfalls im Jahr 2010 erhielt er eine der sechs Ehrenprofessuren der Royal Society und die Hughes-Medaille „für die revolutionäre Entdeckung von Graphen und seinen bemerkenswerten Eigenschaften“. Geim wurde die Ehrendoktorwürde der Technischen Universität Delft, der ETH Zürich und der Universitäten verliehenAntwerpen und Manchester.
2010 wurde er für seine Verdienste um die niederländische Wissenschaft mit dem Orden des niederländischen Löwen ausgezeichnet. 2012 wurde Game für Verdienste um die Wissenschaft zum Junggesellenritter befördert. Er wurde im Mai 2012 zum Foreign Corresponding Member der United States Academy of Sciences gewählt
Nobelpreisträger
Game und Novoselov erhielten für ihre bahnbrechenden Arbeiten zu Graphen den Nobelpreis für Physik 2010. Als Game von der Auszeichnung hörte, sagte er, er habe nicht damit gerechnet, sie in diesem Jahr zu erh alten, und habe keine Pläne, seine unmittelbaren Pläne zu ändern. Ein moderner Physiker hat die Hoffnung geäußert, dass Graphen und andere zweidimensionale Kristalle das tägliche Leben der Menschheit auf die gleiche Weise verändern werden wie Kunststoff. Die Auszeichnung machte ihn zum ersten Menschen, der gleichzeitig den Nobelpreis und den Ig-Nobelpreis erhielt. Der Vortrag fand am 8. Dezember 2010 an der Universität Stockholm statt.
