http://www.ras.ru/digest/showdnews.aspx?id=5c46d118-f471-4e84-8c1b-b04cf6f10122&print=1© 2024 Российская академия наук
Константин Новоселов, один из первооткрывателей графена и лауреат Нобелевской премии по физике 2010 года, рассказал о том, как в центре Манчестера мог появиться "Институт Энгельса", почему графен кажется ему более интересным, чем остальные "плоские" материалы, и объяснил, почему он не отказался бы и от шуточной "Шнобелевской" премии.
На прошлой неделе в Долгопрудном проходила юбилейная 60-тая научная конференция МФТИ, в работе которой принимал участие Константин Новоселов – профессор Манчестерского университета и директор Национального института графена, закончивший Физтех в 1997 году. В рамках своего доклада он рассказал о последних открытиях, связанных с графеном и другими "плоскими" материалами, и обрисовал их перспективы на будущее.
В лабораториях Константина Новоселова и Андрея Гейма сегодня работают десятки российских и российско-британских физиков, в том числе и молодых ученых, которые, как отметил ученый, помогают укреплять научную кооперацию между Британией и Россией и неожиданно открывать старые связи, о которых забыли даже историки.
Графеновая революция
"Когда мы строили здание Национального института графена, мы проводили раскопки на его будущей территории, и нашли фундамент здания, построенного в начале 19 века. В этом доме находился клуб эмигрантов из Германии, владельцев местных мануфактур и заводов. Мы бы никогда не знали о существовании этого здания и не догадывались о его природе, если бы членом этого клуба не был Фридрих Энгельс", — начал свой рассказ физик.
По словам Новоселова, все здания в кампусе Манчестерского университета носят имена великих жителей этого города, что натолкнуло его на мысль, что Национальный институт графена можно будет назвать в честь одного из основоположников коммунистического учения.
"Во время постройки института нашу работу жестко курировало правительство консервативной партии. Когда я рассказал о своей идее Джорджу Осборну, канцлеру казначейства Великобритании в то время, он похлопал меня по плечу и сказал – "Знаешь, Костя, мы даем тебе деньги для того, чтобы ты изучал физику, а не свое "коммунистическое прошлое". К сожалению, здание осталось без названия", — продолжает физик.
Вопреки своему названию, Национальный институт графена, как отметил Новоселов, будет заниматься изучением других перспективных "плоских" материалов, а не только графена – дисульфида молибдена, нитрида бора и многих других веществ, обладающих совершенно иными свойствами.
Все эти материалы, как надеется ученый, помогут найти замену трем главным материалам современной цивилизации – стали, кремнию и алюминию. Они занимают доминирующие роли в производстве электроники, машин, самолетов и строительных конструкций, и инженеры и ученые вынуждены учитывать все их минусы еще на фазе проектировки новых гаджетов и приборов, а не пытаются сначала придумать концепцию, а потом уже подобрать к ней самый лучший материал.
"В идеальном мире у нас должна появиться возможность создавать подобные материалы на атомном или слоевом уровне, каждый из которых будет решать свои цели и задачи. Это именно то, что мы сейчас пытаемся сделать в нашем Институте", — отмечает Новоселов.
Российским и британским физикам удалось заметно продвинуться в этом направлении и научиться создавать структуры, состоящие из 20 или более слоев графена и других "плоских" материалов. Пока подобные молекулярные "бутерброды" можно собирать лишь вручную, однако даже первые опыты с ними говорят об огромном потенциале таких конструкций.
Как объясняет нобелевский лауреат, "склеивание" даже двух подобных листов радикальным образом меняет их физические свойства, к примеру, порождая в "склеенных" листах новые типы квазичастиц, свойства которых сейчас изучают российские и британские сотрудники Национального института графена.
Недавно Новоселову и его коллегам удалось открыть в ходе этих опытов очередное необычное свойство "нобелевского углерода" — локальное отрицательное сопротивление, порожденное тем, что электроны внутри графена иногда ведут себя как жидкость, а не как идеальный газ. Часть свойств некоторых наноструктур, собранных российскими и британскими учеными из "плоских материалов", к примеру, квантовых наноточек, пока остается загадкой для физиков.
Другие разработки, в том числе краски и покрытия с графеном, делающие предметы "невидимыми" в определенных диапазонах электромагнитного излучения, как рассказал Новоселов, отвечая на вопросы публики, уже привлекли внимание и частных промышленных авиакомпаний, и военных ведомств в США.
Грань передовой науки
Как отметил Новоселов в беседе с РИА "Новости", за последние годы ученым удалось решить первую большую проблему, которая появилась после открытия графена – научиться его производить в больших количествах и создавать пленки относительно больших размеров. Благодаря этому "нобелевский углерод" можно использовать не только в микроэлектронике, но и в других областях науки и техники, где необходимы конструкции больших размеров и объемов.
"Принципиальных проблем здесь нет, это вопрос рынка и вопрос существования соответствующего спроса. Одна из дружественных нам компаний сегодня работает с LG и использует графен в качестве барьера для влаги, и сейчас они могут производить графеновые ленты длиной в метр и больше", — рассказывает ученый.
С другой стороны, быстрому продвижению графена и прочих "плоских" материалов в электронную промышленность, как пояснил Новоселов, мешает то, что сам разработки новых микросхем и новых методик их выращивания требует очень много времени – производство одного прототипа занимает примерно трех месяцев.
Инженерам и ученым придется решить десятки технологических задач, прежде чем новые материалы станут адекватной заменой для кремния. "Такие технологии не рождаются за один день, и не факт, что именно графен будет их основой, но уже сейчас можно сказать, что графен открыл дорогу для других новых материалов", — отметил физик.
Тем не менее, как считает Новоселов, сверхбыстрые процессоры, прозрачные и гибкие экраны на базе графена и других "плоских" материалов рано или поздно появятся. Многие компании, такие как Samsung, и даже власти отдельных стран, такие как Южная Корея, считают реализацию этих идей одним из главных приоритетов для себя, и вкладывают огромные деньги в изучение графена и его адаптацию для использования в промышленности.
Уже сегодня, по его словам, графен используется при производстве сенсорных экранов для мобильных телефонов и других цифровых устройств. Стартап BGT Material, с которым сотрудничает профессор Манчестерского университета, использует открытый им материал для печати миниатюрных антенн для RFID-чипов, активно применяемых сегодня для защиты товаров в магазинах и в качестве основы для "интернета вещей".
Есть и другие примеры использования подобных материалов в быту – как отметил Новоселов, существуют "самые легкие в мире" часы компании Richard Mille (совместно с университетом Манчестера и компанией McLaren), изготовленные из графена, спортивные автомобили, чей кузов содержит в себе "нобелевский углерод" (компания BACMono, UK), а также аккумуляторы для мобильных телефонов, содержащие в себе графеновые наночастицы.