Как был открыт графен. Почему графен считается революционным материалом. За что Андрей Гейм и Константин Новоселов получили Нобелевскую премию по физике в 2010 году. Какими уникальными свойствами обладает графен. Как графен может изменить электронику и другие отрасли в будущем.
Открытие графена: от скотча до Нобелевской премии
В 2004 году физики Андрей Гейм и Константин Новоселов совершили удивительное открытие, используя самые обычные предметы — графитовый карандаш и скотч. Они смогли получить тончайший углеродный слой толщиной всего в один атом, который назвали графеном. Этот революционный материал принес ученым Нобелевскую премию по физике в 2010 году.
Как же удалось сделать такое важное открытие столь простым способом? Гейм и Новоселов провели графитовым карандашом по бумаге, а затем многократно приклеивали и отклеивали скотч от образовавшегося следа. В результате им удалось отделить от графита сверхтонкий слой углерода толщиной всего в один атом.
Поначалу научное сообщество отнеслось к этому открытию скептически. Многие ученые считали, что двумерные кристаллические материалы толщиной в один атом не могут быть стабильными. Однако дальнейшие исследования показали, что графен обладает уникальным набором свойств, которые делают его революционным материалом.
Уникальные свойства графена
Что же такого особенного в графене, что сделало его предметом пристального внимания ученых и инженеров во всем мире? Давайте рассмотрим основные уникальные свойства этого материала:
- Прочность. Графен считается самым прочным материалом из когда-либо измеренных. Его прочность на разрыв в 200 раз выше, чем у стали.
- Электропроводность. По проводимости электричества графен не уступает меди.
- Теплопроводность. Графен проводит тепло лучше всех известных материалов, включая серебро и алмаз.
- Оптические свойства. Графен пропускает 97.7% видимого света, но при этом настолько плотный, что даже атомы гелия не могут пройти сквозь него.
- Гибкость. Несмотря на прочность, графен очень гибкий и эластичный материал.
Такое уникальное сочетание свойств открывает широчайшие возможности для применения графена в самых разных областях — от электроники до медицины.
За что Гейм и Новоселов получили Нобелевскую премию
В 2010 году Андрей Гейм и Константин Новоселов были удостоены Нобелевской премии по физике с формулировкой «за новаторские эксперименты с двумерным материалом графеном». Но что конкретно стояло за этой формулировкой?
Ключевые достижения ученых, отмеченные Нобелевским комитетом:
- Разработка метода получения графена с помощью механического отслаивания графита.
- Экспериментальное подтверждение уникальных свойств графена, предсказанных теоретически.
- Исследование квантовых эффектов в графене, в частности, эффекта Клейна.
- Демонстрация возможности создания электронных устройств на основе графена.
Таким образом, Гейм и Новоселов не только открыли новый материал, но и заложили основы для целого нового направления в физике и материаловедении.
Графен и квантовая физика
Одно из самых интересных свойств графена связано с поведением электронов в этом материале. В графене электроны ведут себя как безмассовые частицы, двигающиеся со скоростью около 1000 км/с. Это открывает новые возможности для изучения квантовых эффектов.
Какие квантовые явления можно наблюдать в графене?
- Эффект Клейна. В графене электроны могут проходить сквозь потенциальные барьеры, которые должны их останавливать, словно этих барьеров не существует.
- Квантовый эффект Холла. В графене этот эффект наблюдается даже при комнатной температуре, в то время как в других материалах — только при очень низких температурах.
- Аномальный квантовый эффект Холла. Уникальная электронная структура графена приводит к появлению необычной версии квантового эффекта Холла.
Изучение этих эффектов в графене позволяет проверять фундаментальные теории квантовой физики и может привести к новым открытиям в этой области.
Перспективы применения графена
Уникальные свойства графена открывают широчайшие возможности для его применения в различных областях. Какие инновации может принести графен в нашу жизнь?
Электроника нового поколения
Графен может произвести революцию в электронике. На его основе возможно создание:
- Сверхбыстрых транзисторов, работающих на терагерцовых частотах
- Гибких и прозрачных дисплеев
- Высокоэффективных солнечных батарей
- Суперконденсаторов с огромной емкостью
Новые композитные материалы
Добавление графена в полимеры и другие материалы может значительно улучшить их свойства:
- Повысить прочность и износостойкость
- Улучшить тепло- и электропроводность
- Сделать материалы более легкими
Медицина и биотехнологии
Графен находит применение и в медицине:
- Создание высокочувствительных биосенсоров
- Разработка новых методов доставки лекарств
- Тканевая инженерия и регенеративная медицина
Проблемы и вызовы в исследовании графена
Несмотря на огромный потенциал, существует ряд проблем, которые необходимо решить для широкого внедрения графена:
- Сложность производства графена высокого качества в промышленных масштабах
- Отсутствие запрещенной зоны в электронной структуре графена, что затрудняет его использование в транзисторах
- Высокая стоимость производства
- Потенциальные риски для здоровья и окружающей среды, связанные с наноматериалами
Решение этих проблем — важная задача для ученых и инженеров, работающих с графеном.
Графеновая гонка: кто лидирует в исследованиях?
После открытия графена во многих странах мира начались интенсивные исследования этого материала. Какие страны лидируют в «графеновой гонке»?
- Китай. Лидер по количеству патентов, связанных с графеном.
- США. Крупные инвестиции в исследования графена со стороны правительства и частных компаний.
- Южная Корея. Активно развивает технологии производства графена.
- Великобритания. Создан Национальный институт графена в Манчестере.
- Россия. Ведутся исследования в ряде научных центров, включая Сколково.
Конкуренция в области графеновых технологий обещает ускорить их развитие и внедрение.
Заключение: графен — материал будущего?
Открытие графена стало настоящей революцией в материаловедении и физике. Этот удивительный материал обладает уникальным сочетанием свойств, которые делают его перспективным для применения в самых разных областях — от электроники до медицины.
Однако путь от лабораторных исследований до массового внедрения может быть долгим и сложным. Потребуется решить ряд технических и экономических проблем, прежде чем графен сможет полностью реализовать свой потенциал.
Тем не менее, уже сейчас ясно, что открытие графена открыло новую главу в истории науки и технологий. И кто знает, может быть, через несколько десятилетий мы будем жить в мире, где графен станет таким же обычным материалом, как сегодня пластик или кремний.
Как «мусорные физики» из России получили Нобелевскую премию
Во вторник в Стокгольме были объявлены лауреаты Нобелевской премии по физике за 2010 год. Ими стали русские физики из университета Манчестера Андрей Гейм и Константин Новоселов. Их главное изобретение — материал под названием графен. Что такое графен, и как его можно использовать? Об этом Новоселов рассказал в интервью Forbes ровно год назад. Ниже — статья из журнала Forbes, вышедшая в октябрьском номере в 2009 году.
Прозрачная голубая полоска на столе работает будильником. Она же показывает расписание на день, в машине развертывается в экран навигатора, на работе превращается в ноутбук, а вечером на ней можно смотреть кино. Авторы ролика об универсальном гаджете будущего, ученые из южнокорейского университета Сонгюнгван убеждены, что он будет создан в ближайшие 10 лет благодаря графену, самому тонкому во Вселенной материалу с уникальными электронными свойствами.
Это будущее приближают десятки лабораторий во всем мире. Путь от фундаментального открытия до практических результатов в случае с графеном преодолевается даже не за годы, а за месяцы. «Год назад я скептически относился к применению графена в электронике, сейчас это становится вполне реальным бизнесом», — говорит автор открытия Константин Новоселов.
Агентство Thomson Reuters в прошлом году сочло графен достойным Нобелевской премии. В список вероятных лауреатов включены Новоселов и его руководитель — Андрей Гейм, директор Центра мезоскопической физики при Манчестерском университете. «Нобелевку» они пока не получили, но их шансы с каждым годом будут расти. Даже удивительно, что материал со столь блестящими перспективами был получен с помощью липкой ленты, которая случайно не попала в мусорное ведро.
Графен представляет собой слой углерода толщиной в один атом.
Миллиарды таких слоев образуют графит, из которого делают грифели для карандашей. В возможность отделить один слой никто не верил. Семьдесят лет назад Лев Ландау и Рудольф Пайерлс доказали, что таких материалов существовать не может: силы взаимодействия между атомами должны смять их в гармошку или свернуть в трубочку.
Графен оказался исключением из этого правила. Гейм и Новоселов обратили внимание на обычный скотч, с помощью которого готовят образцы графита для работы на сканирующем туннельном микроскопе. Скотч отрывает графитные слои, оставляя абсолютно гладкую поверхность. Ленту выбрасывают вместе с тем, что к ней прилипло. «За то, что мы ее подобрали и исследовали, нас обозвали garbage scientists — мусорными учеными», — смеется Новоселов. Склеивая и разлепляя ленту с хлопьями графита несколько раз, Новоселов получил то, что считалось невозможным, — слои графита толщиной в один атом. Их площадь достигала одного квадратного миллиметра: этого более чем достаточно, чтобы перенести графен на подложку и исследовать механические и электронные свойства.
В 2004 году в журнале Science вышла эпохальная статья Гейма, Новоселова и их давнего коллеги Сергея Морозова. Свойства — проводимость, прочность, стабильность — оказались уникальными.
«У графена есть свойства, которых нет ни у одного материала, — говорит Новоселов, — это в буквальном смысле материя, ткань. С ней можно делать то же самое, что вот с этой салфеткой: сгибать, сворачивать, растягивать…» Бумажная салфетка неожиданно рвется у него в руках. С графеном такого не случится, замечает физик, это самый прочный материал на Земле.
Почему в графене видят материал, который вытеснит кремниевую электронику? Электроны в нем перемещаются в сотню раз быстрее, чем в кремнии. В прошлом году Гейм и Новоселов с соавторами показали, что из графена можно делать транзисторы, управляемые отдельными электронами. Все это позволит создать более миниатюрные и быстрые микросхемы, которые и греются намного меньше кремниевых.
Не хотел бы Новоселов заработать на своем открытии? Физик смотрит на меня с недоумением. Для него есть вещи поинтереснее. «Мы заканчиваем исследования задолго до того, как начинается коммерциализация, — объясняет он, — и не пытаемся заниматься технологиями». Представителей компаний, которые обращаются к ним, Гейм и Новоселов обычно отправляют в Graphene Industries — фирму, созданную их студентами. Те вручную делают пластинки графена и поштучно продают в лаборатории IBM, Intel, Samsung.
До 2020 года, по прогнозам исследовательской компании Lux Research, графен не поколеблет основы кремниевой электроники. Но уже сейчас новый материал обходит кремний по флангам, показывая себя в новых приложениях. Например, в сверхбыстрых высокочастотных транзисторах для приемников и передатчиков мобильной связи. «Опытные образцы появились в начале года, а сейчас у них уже наблюдаются рекордные показатели», — говорит Новоселов.
Особенно продвинулись в их создании IBM и HRL (близкие к оборонному заказу исследовательские лаборатории, которыми совместно владеют Boeing и General Motors). В конце прошлого года HRL получили грант на 50-месячную программу графеновой электроники, которую координирует SPAWAR — инжиниринговый центр Военно-морского флота США. «Они даже не притворяются, что занимаются физикой, а прямо говорят, что делают приборы», — замечает Новоселов.
Развитие графеновой темы привлекло к ней внимание частных инвесторов. Несколько американских компаний замахнулись на производство сотен тонн графена к концу 2010 года. Такие объемы могут затоварить рынок радиочастотных транзисторов навечно, но производители пока ориентируются не на электронику.
Уже сейчас графен востребован как наполнитель для композитных материалов, говорит гендиректор фирмы XG Sciences Майкл Нокс. Гендиректор фирмы Angstron Materials Бор Джанг предлагает использовать графен в устройствах для хранения энергии — аккумуляторах и суперконденсаторах, а также топливных элементах, которые вырабатывают электроэнергию от соединения водорода с кислородом.
Компания Vorbeck Materials продает Vor-ink — «чернила», позволяющие печатать электронные схемы.
Нокс узнал о графене в 2006 году от профессора Мичиганского университета Лоуренса Дрзала, который убедил его в том, что на графене можно хорошо заработать. «Я как раз продал свой предыдущий бизнес и искал какую-нибудь перспективную технологию, — вспоминает Нокс. — С тех пор ажиотаж вокруг графена непрерывно растет».
Джанг — пример ученого-предпринимателя, словно сошедший со страниц брошюры о коммерциализации технологий. С 2005 года он декан Колледжа технических и компьютерных наук при Университете Райта. Старт его компании Nanotek Instruments в 1997 году обеспечили гранты Министерства энергетики США. Затем от Nanotek отпочковалась Angstron. Свой первый патент, связанный с графеном, Джанг заявил еще в 2002-м — за два года до революционной работы русских физиков.
«Их заслуга в том, что они первыми обнаружили необычные электронные свойства изолированных листов графена», — объясняет Джанг. К 2015 году он скромно планирует занять 30–40% мирового рынка графена, а еще раньше — провести IPO или продать компанию крупному инвестору. Vorbeck уже обзавелась серьезным партнером: для немецкого химического гиганта BASF фирма разрабатывает токопроводящую краску.
Чтобы фундаментальное открытие было применено на практике, оно должно обрасти тысячами изобретений. От создания первого транзистора в 1947 году до распространения интегральных схем, обеспечивших первенство кремниевой электроники, прошло почти два десятилетия. Если графеновая революция пойдет теми же темпами, универсальный гаджет, о котором мечтают южнокорейские исследователи, появится на прилавках самое позднее в 2022 году.
Wsn051010 – DW – 05.10.2010
ГрафенФото: Illustration: Jannik C. Meyer, U.C. Berkeley
5 октября 2010 г.
Графен — материал будущего. Эта углеродная пленка толщиной в один атом обладает рядом уникальных свойств. За открытие и изучение этого материала двое ученых, выходцев из России, удостоились Нобелевской премии по физике.
https://p.dw.com/p/PVmq
Реклама
Во вторник в Стокгольме продолжилась так называемая «нобелевская неделя»: были объявлены лауреаты премии 2010 года по физике. Если накануне премии по медицине удостоился 85-летний исследователь за работы, выполненные более тридцати и даже сорока лет назад, то премия по физике была присуждена двум молодым ученым за работы, увенчавшиеся успехом всего шесть лет назад. Таким образом, тенденция награждать «пенсионеров» начинает давать сбои.
Родились в СССР, работают в Англии
Итак, Нобелевский комитет при Шведской королевской академии наук присудил премию по физике Андрею Гейму и Константину Новоселову за «новаторские эксперименты, касающиеся двухмерного материала графена».
Оба лауреата — выходцы из Советского Союза: Андрей Гейм родился в 1958 году в Сочи, Константин Новоселов — в 1974 году в Нижнем Тагиле.
Таким образом, Костя Новоселов — именно так его обычно именуют в научном мире на Западе — стал теперь самым молодым нобелевским лауреатом по физике. А Андрей Гейм — первым ученым, удостоившимся настоящей Нобелевской премии после получения так называемой Игнобелевской (или Шнобелевской) премии. Шнобелевская премия, учрежденная американским научно-сатирическим журналом Annals of Improbable Research («Ежегодник невероятных исследований»), была ему присуждена в 2000 году за использование магнитного поля для демонстрации левитации лягушек. В то время ученый трудился в Нидерландах, в университете Неймегена. Сегодня оба новоиспеченных лауреата «большой» Нобелевской премии работают бок о бок в Великобритании, в Манчестерском университете.
Скотч до Нобелевской премии доведет
Так что же такое графен? Дело в том, что углерод встречается в природе в различных аллотропных формах — в виде алмаза, карбина, графита, фуллеренов и нанотрубок.
И каждая из этих модификаций имеет свои особые свойства. Что такое алмаз, уголь и графит, известно всем, поэтому я напомню лишь, что карбин — это линейный полимер углерода.
Молекулы карбина представляют собой длинные тонкие цепочки из углеродных атомов; фуллерены — полые молекулы, имеющие форму выпуклого замкнутого многогранника и состоящие из большого — до 560-ти — числа атомов углерода; а нанотрубки — состоящие из атомов углерода вытянутые полые цилиндрические структуры диаметром от одного до нескольких десятков нанометров и длиной до нескольких микрон.
Графен же — это, собственно говоря, пленка углерода толщиной в один атом, имеющая строго упорядоченную гексагональную кристаллическую структуру. Таким образом, графен можно считать развернутой в плоскость одностенной нанотрубкой, или двухмерным фуллереном, или же отдельно взятым атомарным слоем из множества таких слоев, составляющих кристалл графита.
Собственно, именно так этот новый материал и был впервые получен: ученые провели мягким графитовым карандашом по бумаге, затем «промокнули» ее клейкой лентой — наподобие того, как это делают криминалисты, снимающие отпечатки пальцев с обнаруженной на месте преступления бутылки.
..
«Нам никто не верил…»
Первые сообщения профессора Гейма о том, что ему действительно удалось отделить от кристалла графита один атомарный слой, были встречены весьма сдержанно. «Никто нам не верил, — вспоминает ученый. — Мы посылали статьи и в Nature, и в Applied Physics Letters, но никто не хотел их публиковать. А многие коллеги из тех, кому было поручено проверить результаты нашей работы, даже не скрывали недоверия. Сегодня все они частенько наведываются ко мне, чтобы поподробнее разузнать о технологии получения нового материала: как наиболее эффективно расслоить графит, чтобы получить тончайший их всех возможных — атомарный — слой углерода».
Эта немыслимо тонкая, практически не имеющая толщины пленка обладает, как оказалось, рядом ценных, а порой и весьма необычных свойств.
Уникальное сочетание уникальных свойств
Представьте себе материал в миллион раз тоньше листа писчей бумаги! Казалось бы, он должен быть крайне непрочным. Ничего подобного, напротив! Гексагональная кристаллическая структура — своего рода плоские пчелиные соты из атомов углерода — придает графену гибкость, прочность, эластичность, а главное — высокую стабильность, в том числе и при комнатной температуре.
Кроме того, графен обладает высокой тепло- и электропроводностью. Это последнее свойство делает его особенно привлекательным материалом для электронной отрасли, — говорит профессор Гейм: «Для полупроводниковой промышленности очень важно иметь материалы, в которых носители электрического заряда могли бы передвигаться без помех. Ведь повсюду, где электроны рассеиваются на кристаллической решетке, выделяется тепло. Эти потери, в конечном счете, и ограничивает рабочую частоту электронных компонентов. В самом распространенном полупроводниковом материале — кремнии — электроны могут передвигаться относительно свободно. Но, скажем, у арсенида галлия этот показатель в шесть раз выше. Поэтому в мобильных телефонах и приемниках спутниковых сигналов сегодня используются микропроцессоры на основе арсенида галлия».
Графен — рекордсмен по подвижности электронов
Главный параметр, определяющий это свойство, именуется подвижностью электронов. Эта величина показывает, насколько свободно носители заряда могут передвигаться внутри материала.
То, что в графене этот показатель исключительно высок, стало ясно сразу же после открытия нового материала: профессор Гейм уже тогда отмечал, что в графене электроны преодолевают расстояния, в тысячи раз превышающие межатомные, не рассеиваясь и вообще практически не реагируя на внешнюю среду. Дальнейшие измерения показали, что по подвижности электронов графен превосходит все известные твердые вещества.
«В графене подвижность электронов в 10 — 20 раз выше, чем в арсениде галлия, который применяется довольно широко именно потому, что характеризуется высокой подвижностью носителей заряда, — поясняет Андрей Гейм. — Это значительный качественный скачок, который открывает новые перспективы в разработке более быстрых электронных компонентов. Нынешние компьютеры на кремниевых или арсенид-галлиевых микропроцессорах работают с тактовой частотой, измеряемой в мегагерцах и гигагерцах. Графен же позволит создать чипы, пригодные для терагерцовых, то есть в 1000 раз более высоких частот».
Триумфальное шествие графена начинается
Впрочем, компьютерной отраслью перспективы прикладного применения графена не ограничиваются.
Так, уже сегодня ведется работа над созданием электропроводящих покрытий для дисплеев мобильных телефонов, элементов солнечных батарей и высокочувствительных сенсоров для химического анализа жидкостей и газов на основе графена.
Профессор Гейм уверен, что со временем графен изменит повседневную жизнь человека не менее радикально, чем это некогда сделали полимеры. Того же мнения придерживается и Константин Новоселов. Он считает, что хотя многие необычные свойства графена будут востребованы лишь в более отдаленной перспективе, сверхбыстрые транзисторы, микромеханические устройства и наносенсоры на основе графена появятся уже в ближайшие годы.
Автор: Владимир Фрадкин
Редактор: Дарья Брянцева
Реклама
Пропустить раздел Еще по темеЕще по теме
Показать еще
Пропустить раздел Топ-тема1 стр. из 3
Пропустить раздел Другие публикации DWНа главную страницу
Нобелевская премия по физике 2010 г.
– Пресс-релиз- Андре Гейм
- Константин Новоселов
Английский (pdf)
Шведский
Шведский (pdf)
Русский (pdf)
5 октября 2010 г.
Шведская королевская академия наук приняла решение присудить Нобелевскую премию по физике за 2010 год
Андре Гейм
Манчестерский университет, Великобритания
и
Константин Новоселов
Манчестерский университет, Великобритания
«За новаторские эксперименты с двумерным материалом графеном»
Графен – идеальная атомная решетка
Тонкая чешуйка обычного углерода толщиной всего в один атом стала причиной получения Нобелевской премии по физике в этом году. Андрей Гейм и Константин Новоселов показали, что углерод в такой плоской форме обладает исключительными свойствами, происходящими из удивительного мира квантовой физики.
Графен — это форма углерода. Как материал это совершенно новый — не только самый тонкий, но и самый прочный. Как проводник электричества он работает так же, как медь. Как проводник тепла он превосходит все другие известные материалы. Он почти полностью прозрачен, но настолько плотен, что сквозь него не может пройти даже гелий, мельчайший атом газа. Углерод, основа всей известной жизни на Земле, снова удивил нас.
Гейм и Новоселов извлекли графен из куска графита, который содержится в обычных карандашах. С помощью обычного скотча им удалось получить углеродную чешуйку толщиной всего в один атом. И это в то время, когда многие считали, что такие тонкие кристаллические материалы не могут быть стабильными.
Однако с помощью графена физики теперь могут изучать новый класс двумерных материалов с уникальными свойствами. Графен делает возможными эксперименты, которые придают новый смысл явлениям квантовой физики. Кроме того, в настоящее время появляется возможность широкого спектра практических применений, включая создание новых материалов и производство инновационной электроники.
Поскольку графен практически прозрачен и является хорошим проводником, он подходит для изготовления прозрачных сенсорных экранов, световых панелей и, возможно, даже солнечных элементов.
При смешивании с пластмассами графен может превращать их в проводники электричества, делая их более термостойкими и механически прочными. Эта устойчивость может быть использована в новых сверхпрочных материалах, которые также являются тонкими, эластичными и легкими. В будущем спутники, самолеты и автомобили можно будет изготавливать из новых композитных материалов.
Лауреаты этого года давно работают вместе. 36-летний Константин Новоселов сначала работал с 51-летним Андре Геймом в качестве аспиранта в Нидерландах. Впоследствии он последовал за Геймом в Соединенное Королевство. Оба они первоначально учились и начинали свою карьеру физиков в России.
Игривость — одна из их отличительных черт, всегда чему-то учишься в процессе и, кто знает, может даже сорвать джекпот. Как сейчас, когда они с графеном вписывают себя в анналы науки.
Андре Гейм , гражданин Нидерландов. Родился в 1958 году в Сочи, Россия. Кандидат наук. 1987 г. Институт физики твердого тела РАН, Черноголовка, Россия. Директор Манчестерского центра мезонауки и нанотехнологий, профессор физики Лэнгуорти и профессор Королевского общества, 2010 г., профессор-исследователь, Манчестерский университет, Великобритания.
www.condmat.physics.manchester.ac.uk/people/academic/geim
Константина Новоселова , гражданин Великобритании и России. Родился в 1974 году в Нижнем Тагиле, Россия. Кандидат наук. 2004 г., Университет Радбауд, Неймеген, Нидерланды. Профессор и научный сотрудник Королевского общества, Манчестерский университет, Великобритания.
www.condmat.physics.manchester.ac.uk/people/academic/novoselov
Сумма премии: шведских крон 10 миллионов шведских крон, которые будут разделены поровну между лауреатами Нобелевской премии.
Контактное лицо: Эрик Хусс, пресс-атташе, телефон +46 8 673 95 44, мобильный +46 70 673 96 50, [email protected]
Фредрик Олл, редактор, телефон +46 8 673 95 63, мобильный +46 70 673 95 63, [email protected]
Шведская королевская академия наук, основанная в 1739 году, является независимой организацией, общей целью которой является продвижение наук и усиление их влияния в обществе. Академия берет на себя особую ответственность за естественные науки и математику, но стремится способствовать обмену идеями между различными дисциплинами.
Чтобы процитировать этот раздел
стиль MLA: Пресс-релиз. Нобелевская премия.org. Nobel Prize Outreach AB 2023. Чт. 20 апреля 2023 г.
Наверх Back To TopВозвращает пользователей к началу страницы
Четырнадцать лауреатов были удостоены Нобелевской премии в 2022 году за достижения, которые принесли наибольшую пользу человечеству.
Их работа и открытия варьируются от палеогеномики и клик-химии до документирования военных преступлений.
См. все представленные здесь.
Выберите категорию или категории, по которым вы хотите отфильтровать Физика Химия Лекарство Литература Мир Экономические науки
Выберите категорию или категории, которые вы хотите отфильтровать по
Физика
Химия
Лекарство
Литература
Мир
Экономические науки
Уменьшить год на один Выберите год, в котором вы хотите искать Увеличить год на один
Нобелевская премия по физике 2010 г. — иллюстрированная информация
- Андре Гейм
- Константин Новоселов
Нобелевский плакат Нобелевского комитета по физике, веб-адаптация Nobelprize.org
Содержание
Графен — идеальная атомная решетка
Дополнительная литература
Кредиты
Шведская королевская академия наук приняла решение присудить Нобелевскую премию по физике за 2010 год Андрею Гейму и Константину Новоселову «за новаторские эксперименты в отношении двумерного материала графена» .
Графен — идеальная атомная решетка
Графен — это форма углерода. Как материал это совершенно новый — не только самый тонкий, но и самый прочный. Как проводник электричества он работает так же, как медь. Как проводник тепла он превосходит хорошо проводящие металлы, такие как серебро и медь. Он почти полностью прозрачен, но настолько плотен, что через него не могут пройти даже мельчайшие атомы газа. Он настолько прочен, что гамак длиной 1 м 2 , не тяжелее кошачьих усов, мог бы выдержать вес кошки среднего размера, не сломавшись.
В мире парадоксов
Андрей Гейм и Константин Новоселов использовали кусок графена толщиной не больше диаметра волоса, чтобы исследовать чудесные свойства графена. Самое примечательное, что движущиеся в графене электроны ведут себя так, как будто не имеют никакой массы и движутся вперед с постоянной скоростью тысяча километров в секунду. Это открывает возможность более легкого изучения некоторых явлений в меньшем масштабе, т.
е. без использования большого ускорителя частиц.
Графен также позволяет ученым проверять некоторые из более призрачных квантовых эффектов, которые до сих пор обсуждались только теоретически. Одним из таких явлений является вариант туннелирования Клейна, который был сформулирован шведским физиком Оскаром Кляйном в 1929 году. Этот туннельный эффект в квантовой физике описывает, как частицы могут иногда проходить через барьер, который обычно их блокирует: чем больше барьер, тем меньше вероятность прохождения квантовых частиц. Однако это не относится к электронам, путешествующим в графене — в некоторых случаях они движутся вперед так, как будто барьера даже не существует.
Миры снов
Пока что большинство возможных практических применений графена существует только в наших фантазиях. Большой интерес вызвала проводящая способность графена. Таким образом, графеновые транзисторы, по прогнозам, будут значительно быстрее, чем те, которые сегодня сделаны из кремния.
Возможно, мы находимся на пороге еще одной миниатюризации электроники, которая приведет к тому, что в будущем компьютеры станут еще более эффективными.
Поскольку графен практически прозрачен (почти до 98%), будучи способным проводить электричество, он подходит для производства прозрачных сенсорных экранов, световых панелей и, возможно, солнечных элементов. Кроме того, пластмассы можно было бы превратить в электронные проводники, если бы в них был добавлен всего 1% графена. Аналогичным образом, при смешивании всего лишь доли промилле графена термостойкость пластмасс увеличилась бы на 30°C, в то же время сделав их более механически прочными. Эта устойчивость может быть использована в новых сверхпрочных материалах, которые также являются тонкими, эластичными и легкими.
Идеальная структура графена также делает его пригодным для производства чрезвычайно чувствительных датчиков, которые могут регистрировать загрязнение на молекулярном уровне.
Андре Гейм
Гражданин Нидерландов.
Родился в 1958 году в Сочи, Россия. Кандидат наук. 1987 г. Институт физики твердого тела РАН, Черноголовка, Россия. Директор Манчестерского центра мезонауки и нанотехнологий, профессор физики Лэнгуорти и профессор Королевского общества, 2010 г., профессор-исследователь, Манчестерский университет, Великобритания.
Константин Новоселов
Гражданин Великобритании и России. Родился в 1974 году в Нижнем Тагиле, Россия. Кандидат наук. 2004 г., Университет Радбауд, Неймеген, Нидерланды. Профессор и научный сотрудник Королевского общества, Манчестерский университет, Великобритания.
Игривые сотрудники
Константин Новоселов начал работать у Андрея Гейма в качестве аспиранта в Нидерландах. Впоследствии он последовал за Геймом в Соединенное Королевство. Оба они начинали как физики в России, сейчас они оба профессора Манчестерского университета.
Игривость — одна из их отличительных черт. Имея в своем распоряжении строительные блоки, они пытаются создать что-то новое, иногда даже просто позволяя своему мозгу бесцельно блуждать.
В процессе всегда чему-то учишься, и кто знает, может быть, ты даже сорвешь джек-пот. Как сейчас, когда с графеном Андрей Гейм и Константин Новоселов вписали себя в анналы науки.
Дальнейшее чтение! |
| Информация о Нобелевской премии по физике 2010 г.: http://kva.se/nobelprizephysics2010 и http://nobelprize.org |
| Гейм А.К. и Ким П. (2008): Carbon Wonderland , Scientific American 298(4): 90–97. |
| www.condmat.physics.manchester.ac.uk/pdf/mesoscopic/news/graphene/SciAm_2008.pdf |
| Ходос, А. (ред.) (2009 г.) 22 октября 2004 г.: Открытие графена , Новости APS 18(9):2, www.aps.org/publications/apsnews/200910/physicshistory.cfm |
| Научные статьи : |
Новоселов К.С., Гейм А.К., Морозов С.В., Цзян Д., Чжан Ю., Дубонос С. В., Григорьева И.В., Фирсов А.А. (2004): Эффект электрического поля в атомарно тонких углеродных пленках , Наука 306 (5696): 666–669. |
| Ссылка : |
| Группа физики конденсированных сред А. К. Гейма , Манчестерский университет, www.graphene.org |
| Kim Group, Колумбийский университет , http://pico.phys.columbia.edu |
| Scientific American , www.scientificamerican.com , поиск «графен» |
Авторы и ссылки на Нобелевский плакат по физике 2010 г.
Редакторы: Ларс Бергстрем, Пер Делсинг, Бёрье Йоханссон, Ингемар Лундстрем, Нобелевский комитет по физике, Джоанна Роуз, Джоанна Роуз Вет, Анника Моберг, редактор, и Патрик Энгберг, лауреат Нобелевской премии, Шведская королевская академия наук.
Иллюстрация: Пер Делсинг, Айри Илисте
Макет: Типоформа
Печать: Åtta.
45 Tryckeri AB
Copyright © Шведская королевская академия наук
Box 50005, SE-104 05 Стокгольм, Швеция
Телефон: +46 8 673 95 00, факс: +46 8 15 56 70
e-mail: [email protected], http://kva.se/
Плакаты можно заказать бесплатно по электронной почте на [email protected], телефону или факсу.
Веб-адаптированная версия: Nobelprize.org
Процитировать этот раздел
Стиль MLA: Иллюстрированная информация. Нобелевская премия.org. Nobel Prize Outreach AB 2023. Чт. 20 апреля 2023 г.
Наверх Back To TopВозвращает пользователей к началу страницы
Четырнадцать лауреатов были удостоены Нобелевской премии в 2022 году за достижения, которые принесли наибольшую пользу человечеству. Их работа и открытия варьируются от палеогеномики и клик-химии до документирования военных преступлений.
См. все представленные здесь.
