Андрей Гейм: из графена пока рано делать деньги

andrej-gejm-iz-grafena-poka-rano-delat-dengi

Самая престижная в мире премия в этом году присуждена двум физикам, которые родились, учились и начали свою научную работу в России. Почему их карьера сложилась не дома, каковы перспективы их открытия, обозревателю «Известий» Татьяне Батенёвой рассказал руководитель центра мезоскопической физики и нанотехнологий Манчестерского университета (Великобритания) Андрей Гейм.

известия: Андрей, когда мы договаривались об этом интервью, вы сказали, что еще только учитесь жить с Нобелевской премией. Чему именно приходится учиться?андрей гейм: До премии моя жизнь была занята работой, как говорят англичане, «twenty four seven» («двадцать четыре часа семь дней в неделю». — Авт). А теперь почти каждый день нужно найти несколько дополнительных часов, чтобы поговорить с журналистами. Кроме того, приходит бесконечное число приглашений на всякие конференции, встречи и т.п. Ну и, конечно, всем вдруг стало нужно написать характеристику, все стали друзьями… Но с этим легко смириться.

и: А с чем сложнее?

гейм: Наше общество хочет хлеба и зрелищ, и последние тридцать лет на науку идет постоянное наступление. Поэтому приходится многое объяснять и простым людям, и правителям, которые только кажутся великими, недосягаемыми и всезнающими. А когда с ними встретишься, понимаешь: они тоже ничего не понимают в науке, да и в других областях вовсе не эксперты. А Нобелевская премия ставит на человеке некую печать — вроде как его мнение особенное, заслуживающее особого доверия. Поэтому я даже стал менее издевательски формулировать свои заявления.

известия: Да уж, ваше острословие широко известно. Значит, премия сделала вас более политкорректным?

андрей гейм: Нет, политкорректным я не стал, но перестал высказываться о том, в чем не так сильно уверен. Поэтому круг тем, по которым я могу высказываться с ехидством, сузился. Но количество странных дел, от которых невозможно отказаться, выросло. Приведу пример. Приходит послание от президента Буркино-Фасо с поздравлениями и просьбой подписаться под письмом в ООН. Цель письма — высказаться против… как же это по-русски… да, против женского обрезания в Африке. Что в таком случае делать?

и: И что же вы сделали?

гейм: Я подумал о многих своих знакомых, которых действительно нужно бы обрезать (смеется) — шутка, конечно! И подписываться не стал. Решил, что не являюсь экспертом или пророком в любой теме. А, например, на днях я полчаса разговаривал с Шимоном Пересом, президентом Израиля. Человек очень поддерживает науку в Израиле, один из организаторов того, что по-русски называется «Роснано», а у них будет «Израильнано», что ли? В науке и нанотехнологиях я что-то понимаю и от таких встреч отказаться не могу. Но это два дня жизни.

и: Тогда давайте о науке. Как вам вообще пришло в голову опровергнуть самого великого Ландау? Я читала, что он утверждал: одноатомного слоя углерода существовать не может в принципе, потому что это противоречит законам физики.

гейм: Здесь много чего не понято даже некоторыми моими коллегами. Ландау и все остальные считали, что невозможен рост таких двумерных материалов. То есть рост двумерного или одномерного слоя углерода требует высокой температуры, а высокая температура, согласно Ландау, делает невозможным рост таких материалов. Но наша идея заключалась в том, что если нельзя вырастить такой слой в свободном состоянии, то можно вырастить как трехмерную систему — то есть графит. А после того как графит уже выращен, при низкой температуре, очень далекой от точки плавления, никаких проблем со стабильностью этого материала нет. То есть мы вырастили трехмерную систему, а потом из трехмерной вытащили одноатомную плоскость- и все. По-английски, я перевод не знаю, если взять «bottom-up and top-down approaches», то «bottom-up» невозможен, а с «top-down» — никаких проблем (речь идет о двух подходах к решению любой технологической задачи: «снизу вверх» или «сверху вниз». — Авт.).

и: Значит, когда начинали эти работы, вас не смущало, что придется опровергать классиков?

гейм: Когда работаешь, про классиков не думаешь. Вопрос ставится по-другому: есть некая область, в которой осталось много чего несделанного. При этом условия изменились — появилось новое оборудование, новый взгляд на вещи. Можно ли привнести в эту область что-то новое? Идея совершенно простая — я, наверное, об этом буду рассказывать в своей нобелевской лекции. Пришел ко мне очередной аспирант, я ему говорю: существует область, которая выглядит довольно интересно, — это карбоновые нанотрубки. Мы в нее вдаваться не будем, но давайте попробуем сделать графит примерно такой же толщины, как нанотрубки, — не сотни слоев в один атом, а десятки и даже еще тоньше. Интересных работ по тонким слоям графита на то время не существовало. И это стало отправной точкой.

и: Что же было потом?гейм: После этого мы стали делать слои все тоньше и тоньше, пока не дошли до одного атома. Вопроса, возможен ли в принципе один слой, у меня даже не возникало. Думал лишь о том, что это плохо исследованная система, а мы можем привнести в нее что-то новое и конкурировать с нанотрубками.

и: Подход оказался удачным. А позже вы использовали его как универсальный в поиске новых направлений?

гейм: Нет, на самом деле графен был последним шагом (Гейм произносит название материала «graphen» — «графин», как оно звучит по-английски, что для русского уха довольно забавно. — Авт.). В 1987 году я закончил свою кандидатскую диссертацию. Тема — «Исследования ультрачистых металлов методом геликонного резонанса» — столь же неинтересная, как и содержание работы. Тогда я для себя решил, что вещами, которые были мертвыми уже двадцать лет назад, больше никогда заниматься не буду, попытаюсь поискать новую экспериментальную систему и исследовать ее. Это удалось — работы того времени получили признание. Я был по сути дела в четырех местах — и в России, и в Копенгагене, и в Бате, и в Ноттингеме… Каждый раз, когда переходишь из одного университета в другой, естественно, приходится изучать новую технику, новые условия, брать новое направление работы. И я вновь попытался найти свою, уникальную нишу — тоже получилось вполне успешно. Опубликовал в престижных журналах несколько статей по теме «Микроскопическая сверхпроводимость». Но когда запас знаний и методик большой, хочется пробовать что-нибудь новое. Поэтому я придумал некую идеологию для самого себя: в свободное от работы время надо пробовать то-сё, пятое-десятое. И время от времени какие-то эксперименты ставил, обычно с помощью студентов-дипломников. Один из них получил известность — это левитация.

и: Да уж, ваша знаменитая парящая в магнитном поле лягушка прошла по всем мировым СМИ.

гейм: Я начал с исследования воды в сильных магнитных полях. Но когда увидел, что вода летает, а люди не верят, то понял: нужно им по носу щелкнуть и показать, что не только вода, но и все остальное способно летать, в том числе и они сами.

и: Это представляется совершенной фантастикой. Из курса школьной физики мы помним, как ведут себя в магнитном поле разные металлы. Но чтобы вода, лягушки, сухие кузнечики и прочее висели в воздухе…

гейм: Это явление известно уже 150 лет и называется «диамагнетизм». Им обладает все — от бумаги до камней, пластика, живых организмов, газа. И все примерно одинаково, поскольку это атомарная физика и не требует никаких специальных свойств. На самом деле уникально ведут себя в магнитном поле металлы, магниты. Все остальное слабо магнитно-отталкивающееся. Этот слабый магнетизм мы просто продемонстрировали наглядно.

и: Давайте вернемся к графену. Вы его создали, что и оценено по достоинству. Но как скоро человечество сможет воспользоваться практическими результатами? Мы действительно на пороге производства новых материалов, которые перевернут электронику и многие технологии, или до них еще далеко?

гейм: Честно? Мой ответ — и да, и нет. Уже существуют маленькие компании, и их много, которые продают определенные материалы из графена для научных исследований. Скажем, проводящие чернила и тому подобное. Объем продаж по всему миру — несколько миллионов долларов в год. И это потрясает, поскольку в истории еще не было материала, который в течение пяти лет из академической лаборатории перепрыгнул в индустриальное производство. Обычно это требует десятки лет, как было, например, с тефлоном. Кремнию вообще потребовалось столетие. Хотя много говорят о том, что это будет переворот в электронике — графен вместо кремния, но пока это мечта. Люди работают, но воплощение далеко за пределами сегодняшнего горизонта. Все обещания — пустые на сегодня. Но между начальной и конечной точками существует куча возможных применений.

и: Расскажите хотя бы о некоторых.

гейм: Недавно я был на Samsung, они мне показали свою графеновую карту — план по созданию устройств на основе графена. Между сегодняшним днем и 2025 годом у них проставлено 50-100 вариантов возможного применения. Один из первых, для которого, как они говорят, потребуется всего один-два года, — тачскрин на мобильных телефонах, покрытый графеном. Без сомнения, это материал широкого применения, но остается вопрос: сколько это даст? 10 миллиардов долларов или 100 триллионов долларов? Останется ли применение узким или все-таки каждая домохозяйка что-то получит от нашего открытия?

и: На форуме «Роснанотех» Константин Новосёлов заявил, что у вас нет патента на графен. У кого же он есть?

гейм: Патенты на графен, на разные вариации, наверное, существуют у сотни человек. Мы думали о том, чтобы запатентовать его, но патент был бы столь широким, что его невозможно защищать. Я как-то на конференции разговорился с представителем одной из крупнейших в мире компаний по электронике и сказал ему, что у нас есть практически готовый патент. Спросил, готова ли его компания поучаствовать, так как поддерживать патент и защищать — дело очень дорогое и сложное. А он ответил: «Да, мы следим за графеном, и, если вдруг лет через пятнадцать найдем, что это действительно важная система, мы посадим сто патентоводов, каждый из которых напишет сто патентов в день. И вы потратите всю свою жизнь, чтобы нас засудить». Тогда я понял, что патенты, особенно широкие, делают богатыми только патентоводов.

и: Ученые, которые уезжают из России, главным образом ищут за рубежом возможность работать, а уже потом материальное благополучие. В чем, по-вашему, главный плюс в организации научной деятельности в Европе?

гейм: Это зависит от того, на каком уровне находишься. Я подозреваю, что в России нобелевским лауреатам, скажем, живется лучше, чем в Англии и других странах. А если ты нормальный ученый и пытаешься сделать нечто новое, это, конечно, небо и земля. РФФИ (Российский фонд фундаментальных исследований. — Авт.) был единственной структурой, раздававшей деньги по конкурсу, то есть на основании научных заслуг. Все остальные деньги в России идут не по конкурсу, а по связям, должностям и т.п. В Англии система такая: если у меня нет грантов, которые получены по конкурсу, я себе ручку не могу за счет университета купить. Как говорила Алиса в Стране чудес, чтобы стоять на том же самом месте, надо все время бежать. В России этого нет. Тем, кто бежать не хочет, а хочет командовать, это очень выгодно. А тем, кто все-таки пытается что-то сделать, приходится плыть в очень вязкой среде. Меня недавно попросили охарактеризовать состояние российской науки двумя словами. Я вспомнил Карамзина и новое русское слово, которое узнал недавно, и произнес только одно слово — «откатывают».

и: Ваши друзья в России рассказывают, что вы — заядлый турист, альпинист. Эта часть жизни в Англии продолжается?

гейм: Я по-прежнему люблю высокие горы. К сожалению, в 2010-м никуда не ходил. А два года назад был в Эквадоре, поднимался на гору Котопахи. Есть надежда, что следующим летом схожу на самую высокую гору на Борнео.

и: Для этого надо быть в хорошей физической форме. Каким образом вы ее поддерживаете?

гейм: Когда 10 лет назад родилась моя дочка, это был настолько большой стресс для меня, что я набрал лишние десять килограммов, и сбросить до сих пор никак не получается. Но, несмотря на свой солидный вес — сто килограммов, в горы поднимаюсь. И там легко вхожу в форму. Ну и дважды в неделю хожу в спортзал, бегаю, занимаюсь на тренажерах. Если этого не делать, работоспособность жутко падает.

и: А по улицам бегать в Манчестере не принято?

гейм: Во-первых, не принято. А потом, природы, как в Подмосковье, нет. В Манчестере по улицам так же приятно бегать, как, может быть, по Садовому кольцу в Москве.

и: И сколько же вы пробегаете за одно занятие?

гейм: Пять километров. Это полчаса, и еще полчаса занимаюсь на тренажерах.

и: Да вы просто образец для большинства ученых. В научной среде это не очень-то принято.

гейм: Нет, в Черноголовке люди спортом занимаются.

и: Как учится ваша дочка Александра?

гейм: Очень хорошо, и по математике, и по физике, да и по всем прочим предметам.

и: Говорит ли по-русски?

гейм: Ни по-русски, ни по-голландски не говорит. Сейчас считает себя голландкой, но это чтобы выделяться среди других (Андрей Гейм и его семья — граждане Нидерландов. — Авт.).

и: Дома вы разговариваете по-английски?

гейм: С женой по-русски, а с дочерью обычно приходится переходить на английский. По-русски она понимает, но быстро устает. Мы надеемся как-нибудь отправить ее к моему брату или другим родственникам. Они живут в Германии, но дома говорят по-русски. Там, где не будет возможности общаться на английском, русский язык сразу же всплывет. А в России друзья остались, но трудно туда попасть, в Россию.

и: Почему?

гейм: Я один раз пытался, так от меня потребовали, чтобы явился в посольство лично. Я для визы в любую страну — в Индию, Китай и т.п. — могу послать паспорт по почте. Только заполняй анкету, плати деньги — и все сделают. А там было черным по белому написано, что людям, которые раньше были гражданами России, визу по почте получить нельзя, только лично, тебя должны проверить. Посольство в Лондоне, а на поездку туда у меня нет и не будет времени.

и: А вы хотели бы приехать?

гейм: Это не от меня зависит. Если важное какое-нибудь мероприятие, то поеду.

и: Над чем будете работать завтра?

гейм: Графен — настолько большая область, что, оставаясь в ней, можно прыгать очень далеко. Я физик и никогда не думал, что когда-либо займусь химией. Но вот недавно прыгнул на флюорографин (информация об этом новом материале, созданном Геймом и Новосёловым, который по-русски называют фторографен, только что прошла по всем новостным каналам. — Авт.), а это чисто химическая тема. И в ближайшие пять-десять лет я графен бросать не собираюсь. Мне он напоминает произведения Джека Лондона об открытии Аляски. Возникает даже такая картина: вот идет цепочка золотоискателей, сотни и сотни людей поднимаются на перевал, и у каждого рюкзак, а в нем колышки. Этими колышками они начинают столбить землю. Графен — это Аляска с золотыми жилами. В нем еще много чего можно и нужно открыть. У меня колышков еще очень много, и есть надежда воткнуть их в землю.

СПРАВКА «ИЗВЕСТИЙ»

Андрей Константинович Гейм родился в 1958 году в Сочи, в семье инженеров. В 1975 году закончил с золотой медалью среднюю школу N 3 в Нальчике, столице Кабардино-Балкарии. В одном из интервью сказал, что чувствует себя европейцем, но на 25% — кабардинобалкарцем.

После школы поступал в МИФИ, но неудачно, считает, что помешало происхождение — он является этническим немцем. Работал около года на Нальчикском электровакуумном заводе, затем поступил в МФТИ, который закончил в 1982 году с отличием («четверка» была лишь одна — по политэкономии социализма).

Поступил в аспирантуру и через пять лет защитил кандидатскую диссертацию в Институте физики твердого тела Академии наук СССР. Работал там же, а с основанием Института проблем технологии микроэлектроники и особо чистых материалов перешел туда.

В 1990 году получил стипендию Королевского научного общества Великобритании, работал в университетах Англии, Дании, Нидерландов.

С 2001 года — в Университете Манчестера. Почетный профессор Делфтского технического университета, Высшей технической школы Цюриха, Антверпенского университета.

В 2008 году получил предложение возглавить Институт Макса Планка в Германии, но отказался. Супруга Ирина Григорьева работает вместе с ним.

Среди научных достижений — создание особого клейкого слоя, который получил название «ленты геккона» (эта ящерица может ходить даже по вертикальной стене благодаря особому устройству подошв), эксперименты с магнитной левитацией, за которые вместе с известным физиком сэром Майклом Берри был удостоен Игнобелевской премии — шуточной «антинобелевки».

Прочнее стали в полтора раза

Графен, открытый Андреем Геймом и Константином Новосёловым, позволяет получать множество новых веществ на его основе. Недавно нобелевские лауреаты в соавторстве с большой группой ученых из Великобритании, Китая, Голландии, Польши и России сообщили о том, что синтезировали уже третье соединение графена с другими химическими элементами — фторографен. Как и прочие соединения, он является полупроводником, но отличается от них большей термической и химической устойчивостью. А по механической прочности уступает графену всего лишь в три раза.

Зачем нужны подобные материалы? Благодаря своим уникальным характеристикам графен лучше других полупроводников подходит для создания очень маленьких и очень быстрых транзисторов — главных элементов микроэлектроники.

Но чтобы перейти в ней от кремния к графену, нужно добиться в нем отличной от нуля ширины запрещенной зоны — минимальной величины энергии, которая требуется электрону, чтобы стать электроном проводимости. Запрещенную зону в самом графене создать сложнее, чем в новых веществах, синтезированных на его основе.

До сих пор удалось получить два его соединения — оксид и гидрид графена. Но у обоих есть недостатки, из-за которых их сложно будет применять в микроэлектронике: у них неоднородная структура и они недостаточно устойчивы. Ученые пытались найти вещество на основе графена, свободное от этих недостатков. Им оказалось соединение фтора и графена.

Примеры соединений углерода с фтором хорошо известны.

Например, политетрафторэтилен, или знакомый всем тефлон, который широко используется в пищевой промышленности и бытовой технике. На этот раз ученым удалось создать новую сложную технологию соединения графена с фтором. Оказалось, что оно обладает высокой термической и химической стабильностью, является полупроводником с большой шириной запрещенной зоны, а также прочнее стали в 1,5 раза. По мнению создателей, фторографен найдет применение не только в графеновой микроэлектронике, но и, например, как альтернатива тефлону в различных защитных покрытиях.

22:48 10/05/2018