Нобелівська премія за відкриття аграфену. Як «сміттєві фізики» з Росії отримали Нобелівську премію

У Стокгольмі оголошено імена лауреатів Нобелівської премії з фізики за 2010 рік. Ними стали професор Андрій Гейм та професор Костянтин Новосьолов. Обидва лауреати, які працюють у британському університеті Манчестера, є вихідцями з Росії. 52-річний Андрій Гейм є підданим Нідерландів, а 36-річний Костянтин Новосьолов має російське та британське громадянство.

Найпрестижнішої у світі наукової премії, розмір якої становить цього року близько 1,5 мільйонів доларів, вчені удостоєні за відкриття графену - надтонкого і вкрай міцного матеріалу, що є вуглецевою плівкою товщиною в один атом.

Про те, які труднощі виникли при відкритті графену та яке практичне застосування цього матеріалу, розповідає в ефірі Радіо Свобода науковий редактор журналу "Навколо світу" Олександр Сергєєв:

Сам факт отримання графену вченими чудовий. Теоретично графен був передбачений ще півстоліття до його синтезу. У школі всі проходили структуру графіту – це звичайний олівець. Атом вуглецю утворює тонкі шари, які багато разів нашаровуються один на одного. Кожен шар складається з шестикутних осередків, які, як бджолині стільники, стикуються один з одним.

Проблема була в тому, щоб отримати один шар, відокремлений від вище та нижче лежачих. Для одиночного шару цього двовимірного кристала, так званого тому, що третього виміру в нього немає, передбачалася купа різних цікавих фізичних властивостей. Ставилося багато експериментів. Але домогтися відділення одного шару від решти зі стійким результатом не вдавалося.

Андрій Гейм і Костянтин Новосьолов вигадали спосіб, яким вони змогли виділити цей шар і переконатися згодом, що він справді один. Потім вчені змогли виміряти його фізичні властивості та перевірити, що теоретичні передбачення більш-менш вірні. Цей експеримент дуже простий: вчені взяли звичайний олівець, шматочок графіту. Липкою стрічкою з нього зняли шар графіту, а потім почали його відлущувати. Коли залишалися 1-2 шари, графіт переносили на кремнієву підкладку.

Чому не вдавалися всі попередні експерименти? Тому що (і це передбачалося теоретично) графенова плівка, двовимірний вуглецевий кристал, нестійка до скручування. Тільки-но вона опиниться у вільному стані, вона негайно почне грудкувати. Була навіть така думка, що графен виділити неможливо. Робота вчених була зроблена в 2004 році, а в 2009 вже було отримано шматочок графена. Тобто лист графена розміром майже в сантиметр. А зараз йдеться вже про десятки сантиметрів.

- А навіщо взагалі потрібний цей графен?

Вся електроніка нині рухається у напрямі зменшення розмірів елементів - транзисторів, електродів тощо. буд. Отже, у ньому виконуватимуться складніші логічні операції. Що може бути тоншим за один атомарний шар? Графен має властивість тонкощі.

Крім того, він проводить електрику. І – практично прозорий. У той же час, він досить міцний: це один із найміцніших матеріалів у розрахунку на один атомарний шар. Він практично не пропускає через себе жодних інших речовин. Навіть газоподібний гелій не може проникнути крізь графен, тому це цілком надійне покриття. Його можна використовувати, наприклад, у сенсорних екранах, тому що прозорий електрод не закриватиме зображення. Його можна спробувати використати в електроніці. Наразі намагаються розробляти транзистори на основі графенів. Щоправда, тут є труднощі. У графена є аномальні властивості, які дещо ускладнюють його застосування у транзисторах. Але після того, як навчилися отримувати атомарні верстви, мабуть, це вже переборні перепони. Це новий матеріал. Нічого схожого досі не було. Найтонший моношар провідника, який можна використовувати в техніці, в електроніці.

Нові нобелівські лауреати мають досить складну біографію. Один із них - підданий Нідерландів, у іншого - два паспорти: британський та російський. Працювали вони, наскільки відомо, у науковому центрі у Манчестері, Англія. Наука стає міжнародною, чи це сумна доля російських вчених - робити великі відкриття, тільки якщо вони виїжджають за кордон?

Щоб займатися серйозними науковими роботами, потрібна як матеріально-технічна база, а й просто спокій духу. Вчений не повинен бути заморочений якимись питаннями. Андрій Гейм 10 років тому отримав Шнобелівську премію за експерименти з магнітного левітування жаб. Шнобелівська премія – це жартівлива антипремія за безглузді роботи. Вченому потрібна певна вільність у своїй діяльності. Тоді народжуються ідеї. Сьогодні жаб левітував, а завтра отримую графени.

Якщо людина має такі умови, то вона працює ефективніше. Адже обидва нинішні нобелівські лауреати з фізики навчалися в МФТІ (Московський фізико-технічний інститут - РС). І дуже скоро поїхали до Голландії, до Великобританії, тому що там атмосфера роботи є більш сприятливою для пошуку наукових засобів, необхідних для того, щоб вести дослідження. Вуглецеві плівки вони відривали скотчем, але вимірювати їх треба було атомно-силовим мікроскопом. Отже, цей мікроскоп мав бути. У Росії вони, звичайно, є, але до них набагато складніше отримати доступ.

Якщо я скажу, що в Росії хороша базова освіта, яка дозволяє вирощувати лауреатів Нобелівських премій, але водночас відсутня серйозна наукова високотехнологічна база для експериментів, чи це буде правильно?

Як і будь-якому узагальненні, тут є деяка натяжка. З освітою у нас уже не так добре і гладко, бо у багатьох місцях наукові школи руйнуються. Далася взнаки велика перерва в роботі 90-і роки. У Росії є поодинокі школи, де все тримається дуже непогано, але є проблеми з обладнанням і веденням серйозних дорогих досліджень. Кудись це обладнання потрапляє: іноді робляться досить серйозні закупівлі, наприклад, до Курчатовського інституту. Але наскільки ефективно воно там застосовується – велике питання. Тому в одних місцях є сильна наукова школа, а в інших – кошти на техніку. Обмінюватися між собою їм досить складно з престижних міркувань і бюрократії. У Росії також можливі дослідження високого класу, але їх набагато важче вести - тут важче середовище для роботи.

Наукові дослідження багатогранні. Але чи є окремі напрямки, які Нобелівським комітетом визначають як проривні? За які легші здобути Нобелівську премію? Чи таких напрямів немає?

Я переглянув список лауреатів Нобелівських премій з фізики за останні 20 років. Однозначної тенденції немає. Мабуть, досить багато премій у галузі фізики елементарних частинок, фундаментальних фізичних взаємодій. Це і зрозуміло – там роблять досить цікаві роботи. Але тут треба зважати на важливий момент. Часто кажуть, щоб отримати Нобелівську премію, недостатньо зробити проривну роботу. Потрібно ще дожити доти, коли її оцінять. Тому Нобелівська премія, як правило, присуджується людям у дуже поважному віці. З цього погляду Нобелівська премія з фізики цього року є винятком із правил. Новосьолову зараз 36 років. За останні 20 років серед премій з фізики такого випадку не було і, на мою думку, не було взагалі! За останні 8 років ніхто з учених молодших 50 років не отримував Нобелівську премію, а багато хто отримував її у віці за 70, а то й за 80 років за роботи, зроблені десятки років тому.

Цьогорічну Нобелівську премію було вручено з порушенням правил. Можливо, Нобелівський комітет відчув, що премія стає геронтологічною і треба знижувати вік її здобуття. Востаннє у "молодому" віці премія з фізики вручалася 2001 року. Лауреатам було від 40 до 50 років.

Зараз, мабуть, зроблено установку на актуальні експериментальні роботи. Так, хоча в Нобелівську премію не входить астрономія, за останні 10 років було дві дуже важливі премії з астрофізики. Були премії з фізики високих енергій та фізики елементарних частинок, з фізики твердого тіла, з фізики конденсованого стану - тобто, твердого, рідкого та інших станів, у яких атоми знаходяться впритул один до одного. Майже всі ці роботи так чи інакше зав'язані на квантову фізику.

- А чому саме квантова теорія? Це пов'язано з якимись особистими уподобаннями членів Нобелівського комітету? Чи це справді найближче наукове майбутнє?

Причина дуже проста. Насправді вся фізика, окрім теорії гравітації, сьогодні квантова. Практично все нове, що робиться в галузі фізики, за винятком окремих побічних напрямків, доробок та проривів, які були в минулому, ґрунтується на квантовій фізиці. Тільки гравітація поки що не піддалася цьому "квантуванню". А все інше, що стосується фундаменту фізики – це квантова теорія та квантова теорія матерій.

Хто він? Новосьолов Костянтин Сергійович!

Біографія

Відомий вчений народився у місті Нижньому Тагілі Свердловській області 23 серпня 1974 року в сім'ї інженера та викладачки з англійської мови у школі № 39, засновником та директором якої був колись його дід, Віктор Костянтинович Новосьолов.

Будучи у шостому класі, Костянтин виявляє неабиякі здібності і посідає перше місце в обласній олімпіаді з фізики, і трохи пізніше, на всесоюзній олімпіаді, повторює успіх, увійшовши до десятки найсильніших. В 1991 закінчує додаткову Заочну фізико-технічну школу і в тому ж році стає студентом Московського фізико-технічного інституту. Він навчається за спеціальністю "нанотехнологія" на факультеті фізичної та квантової електроніки, та з відзнакою закінчує інститут, після чого його приймають на роботу в ІПТМ РАН (Інститут проблем технології мікроелектроніки РАН) у Чорноголівці. Там він закінчує аспірантуру під проводом Юрія Дубровського.

За кордоном

У 1999 році Костянтин Сергійович Новосьолов - фізик, з репутацією, що вже склалася, переїжджає до Нідерландів. Там, в Університеті Наймегена, він працює разом із Андрієм Геймом. З 2001 року вчені разом працюють уже у Манчестерському університеті. У 2004 році отримує ступінь доктора філософії (керівник Ян-Кеєс Маан).

На даний момент Костянтин Сергійович Новосьолов – професор Королівського товариства та професор фізико-математичних наук у Манчестерському університеті та має подвійне громадянство (Росія та Великобританія). Нині мешкає в Манчестері.

Дослідження

Чим відомий Костянтин Сергійович Новосьолов? На думку аналітичного агентства Thomson Reuters, російсько-британський фізик є одним з учених, які часто цитуються. З-під його пера вийшли 190 наукових статей. Проте найбільш значущим його дослідженням є, звісно, ​​графен. Багато хто чув це слово, яке здається простим та знайомим. Технологія дійсно лаконічна та елегантна, як і все геніальне. Подальше вивчення можливо, введе людство в еру надшвидких та надтонких мобільних та комп'ютерних пристроїв, електрокарів та міцних, але дуже легких конструкцій.

Нагороди

Коли Костянтин Сергійович Новосьолов став працювати в Манчестерському університеті, його керівником став старший колега з Росії. роботи з графеном. До цього Гейму допомагав якийсь китайський студент, але, за словами самого фізика, робота почала просуватися лише після того, як за справу взявся Новосьолов Костянтин Сергійович. Нобелівську премію присудили їм у жовтні 2010 року. Новосьолов тепер відомий як наймолодший нобелівський лауреат з фізики (за останні 37 років), мало того, на даний момент він є єдиним вченим серед нобелівських преміатів, що народився пізніше 1970 року.

У тому ж 2010 Новоселов отримує звання командора ордена Нідерландського лева за істотний внесок у науку Нідерландів, а трохи пізніше, в 2011 році, указ королеви Єлизавети ll робить його лицарем-бакалавром, вже за внесок у науку Великобританії. Урочиста церемонія посвяти в лицарі проходила трохи пізніше, навесні 2012 року, як і належить, у Букінгемському палаці. Вела її дочка королеви, Анна принцеса.

Треба сказати, що Костянтин Сергійович Новосьолов, наукова та громадська діяльність якого дуже великі, отримав ще одну престижну нагороду за дослідження графена, ставши лауреатом премії "Єврофізика" у 2008 році. Вона присуджується раз на два роки, нобелівських лауреатів серед її преміантів було лише тринадцять. Премія полягає у грошовій винагороді та відповідному сертифікаті. Також він отримав премію Курті, проте вже не за графен, а за список досягнень у роботі зі сферою низьких температур та магнітних полів.

Про сім'ю та життя

Костянтин Новосьолов щасливий у шлюбі з дружиною Іриною. Хоча вона також російська, познайомилися вчені за кордоном у Нідерландах. Ірина родом із Вологди, займається дослідженнями в галузі мікробіології, (дисертацію захистила у Санкт-Петербурзі). У пари дві доньки, двійнята Софія та Віка народилися у 2009 році.

Костянтин Сергійович, за його словами, не той батько, який тижнями просиджує в лабораторії, пропускаючи дитинство своїх дітей. Для нього винайти найменший у світі транзистор і навчити дочку рахувати до двадцяти семи - щось, що стоїть в одному ряду. "Цього ніхто ніколи до тебе не робив", – каже він.

У свою чергу, його батьки ніколи не намагалися обмежувати сина на користь. Вони завжди були впевнені, що їхній син дуже обдарований, і, як каже сам фізик, не здивувалися, коли він отримав Нобелівську премію.

В інтерв'ю для журналу Esquire він зізнався, що мріє навчитися грати на фортепіано. Він навчається, однак, за його власним визнанням, результати поки що посередні.

Про СРСР

Костянтин Сергійович народився СРСР і отримав відмінну освіту. Він сам зізнається, що такі глибокі знання мало де можна отримати. Але до Росії повертатися не збирається. Мабуть, саме через це деякі журналісти мимоволі дорікають йому за відсутність патріотизму. На це вчений відповідає, що справа не в грошах, просто в Британії працювати спокійніше, адже ніхто не втручається в твої справи.

Новосьолов відноситься до життя легко, не зациклюється на невдачах – це одне з його основних правил. Якщо виникають труднощі у відносинах з людьми, він намагається не доводити до розриву, але якщо це неминуче, залишає останнє слово за іншою людиною. У відомого фізика виникає безліч звичайних життєвих проблем, наприклад, він був би готовий витратити будь-які гроші, аби отримати трохи вільного часу.

Але своє життя на роботу та відпочинок він не ділить, можливо, в цьому є ключ продуктивності вченого. Вдома він думає про фізику, а на роботі – просто відпочиває душею.

Що таке графен

Незважаючи, звичайно, на всі досягнення в галузі фізики, головною роботою Новосьолова був і поки що залишається графен. Ця структура, яку вперше отримати в лабораторних умовах вдалося саме нашим співвітчизникам, є двовимірною сіткою з атомів вуглецю товщиною всього в один атом. Сам Новосьолов стверджує, що технологія не є складною і створити графен може кожен, чи не з підручних засобів. Він каже, що достатньо для початку купити хороший графіт, хоча можна використовувати навіть олівці, а також витратити трохи на кремнієві підкладки та скотч. Все, набір для створення графену готовий! Таким чином, матеріал не стане надбанням винятково великих корпорацій, Новосьолов та Гейм буквально подарували його усьому світу.

Дивовижні властивості

Також фізик дивується електронним властивостям цього матеріалу. За його словами, графен можна використовувати у транзисторах, що й намагаються вже зараз робити у деяких компаніях, замінюючи звичні деталі у мобільних пристроях.

За твердженнями Новосьолова, графен зробить революцію у технологіях. Невід'ємна частина будь-якого фантастичного фільму - це неймовірні гаджети, прозорі, тонкі, які не б'ються і з величезним функціоналом. Якщо графен поступово замінить застарілий кремній, технології з кінематографу з'являться у житті.

Чим ще примітні дослідження Новосьолова та Гейма? Тим, що вони практично миттєво перекочували з лабораторій на конвеєри, і навіть більше виявилися дуже корисними вже в перші роки.

Технології майбутнього

Де ж зараз застосовується графен? Здавалося б, так недавно відкритий матеріал ще не міг поширитися широко, і частково це дійсно так. Практично всі розробки мають поки що експериментальний характер і не випущені в масове виробництво. Проте застосовувати цей матеріал намагаються зараз буквально у всіх сферах, що, мабуть, можна назвати справжньою "графеновою лихоманкою".

Сам графен, незважаючи на малу вагу і майже повну прозорість (він поглинає 2% світла, що проходить, рівно стільки ж, скільки звичайне віконне скло), матеріал дуже міцний. Нещодавні дослідження американських учених показали, що графен добре поєднується з пластиком. Це в результаті дає надміцний матеріал, який можна використовувати у всіх галузях, починаючи від виробництва меблів та мобільних телефонів та закінчуючи ракетобудуванням.

З графена вже зараз створено досвідчені зразки акумуляторів для електрокарів. Вони відрізняються великою ємністю та малим часом зарядки. Можливо, саме так буде вирішено проблему з електромобілями, і транспорт стане дешевим та екологічним.

Графен використовується для розробки нових сенсорних панелей для телефонів. Якщо класичні рецептори можуть працювати тільки на рівній поверхні, то графен цього недоліку позбавлений, адже його можна гнути як завгодно. До того ж, висока електропровідність дозволить зробити відгук мінімальним.

В авіації

Корпуси ракет та літаків, зроблені із застосуванням графену, будуть у кілька разів легшими, що сильно знизить витрати на паливо. Польоти стануть такими дешевими, що дозволити собі подорож на інший край землі зможе дозволити собі кожен. Але, крім пасажирських перевезень, це позначиться, звісно, ​​і на вантажних. Постачання віддалених куточків планети стане набагато кращим, а значить, жити і працювати там стане більше людей.

МОСКВА, 5 жовтня - РІА Новини.Нобелівська премія 2010 року з фізики стала святом одразу для двох країн, для батьківщини лауреатів – Росії, та для їхнього нинішнього будинку – Британії. Шведські академіки присудили найвищу наукову нагороду Андрію Гейму та Костянтину Новосьолову за відкриття двовимірної форми вуглецю - графена, змусивши російських учених нарікати на витік мізків, а британських - сподіватися на збереження фінансування науки.

"Шкода, що свої відкриття Гейм та Новосьолов зробили за кордоном", - сказав РІА Новини завкафедрою фізики полімерів та кристалів МДУ, академік РАН Олексій Хохлов.

"Уряду слід винести уроки з рішення Нобелівського комітету", - прокоментував присудження Нобелівської премії з фізики президент Королівського наукового товариства професор Мартін Різ. Він нагадав про те, що багато вчених, у тому числі іноземних, які працюють у Британії, у разі згортання фінансування можуть просто виїхати в інші країни.

Британський уряд 20 жовтня оприлюднить плани серйозного урізання державних витрат. Наука та вища освіта, як очікується, стануть однією зі сфер, які скорочення торкнуться найгостріше.

Випускники МФТІ Гейм та Новосьолов, які працюють у Манчестері, отримали премію "за новаторські експерименти з дослідження двовимірного матеріалу графена". Вони розділять між собою 10 мільйонів шведських крон (близько одного мільйона євро). Церемонія вручення нагороди пройде у Стокгольмі 10 грудня, у день смерті її засновника – Альфреда Нобеля.

Графен став першим в історії двовимірним матеріалом, що складається з одиничного шару атомів вуглецю, з'єднаних між собою структурою хімічних зв'язків, що нагадують за своєю геометрією структуру бджолиних сот. Довгий час вважалося, що така структура неможлива.

"Вважали, що таких двовимірних одношарових кристалів не може існувати. Вони мають втратити стійкість і перетворитися на щось інше, адже це фактично площина без товщини", - сказав РІА Новини колишній начальник лауреатів, директор Інституту проблем технології мікроелектроніки та особливо чистих матеріалів РАН (ІПТМ) ) В'ячеслав Тулін.

Однак "неможливий" матеріал, як виявилося, має унікальні фізико-хімічні властивості, які роблять його незамінним у різних сферах. Графен проводить електрику так само добре, як мідь, на базі можна створювати сенсорні екрани, фотоелементи для сонячних батарей, гнучкі електронні прилади.

"Це майбутня революція в мікроелектроніці. Якщо зараз комп'ютери гігагерцові, то будуть терагерцові і таке інше. На базі графена створюватимуть транзистори та всі інші елементи електронних схем", - сказав РІА Новини професор кафедри квантової електроніки МФТІ Олексій Фомічов.

Одну сферу застосування графен вже знайшов: це сонячні фотоелементи. "Раніше при виробництві фотоелементів як прозорий електрод застосовувалися оксиди індію, доповані оловом. Але виявилося, що кілька шарів графена набагато ефективніші", - сказав Олександр Вуль, завлабораторією фізики кластерних структур петербурзького Фізико-технічного інституту імені Іоффе РАН.

Перші з фізтеху

Андрій Гейм та Костянтин Новосьолов - перші в історії випускники Московського фізико-технічного інституту, які отримали Нобелівську премію: до цього лауреатами ставали засновники та співробітники МФТІ - Петро Капіца, Микола Семенов, Лев Ландау, Ігор Тамм, Олександр Прохоров, Микола Басов, Віталій Олексій Абрикосов. Гейм закінчив факультет загальної та прикладної фізики (ФОПФ) у 1982 році, Новосьолов – факультет фізичної та квантової електроніки (ФФКЕ) у 1997 році. Обидва випускники отримали червоні дипломи.

"Це суперновина. Ми дуже раді рішенню Нобелівського комітету. МФТІ вже надіслав привітання новим Нобелівським лауреатам", - повідомив РИА Новости у вівторок ректор МФТІ Микола Кудрявцев.

За словами ректора, співробітники "підняли з архіву їхні особисті справи та переконалися, що це були видатні студенти". При цьому Андрій Гейм не вступив до інституту з першого разу, рік пропрацювавши на заводі, але "виявив завзятість" і став студентом МФТІ.

"Протягом усього часу навчання на ФОПФ Гейм отримував найвищі відгуки від викладачів. А випускну роботу Гейма дипломна комісія оцінила виключно високо", - повідомив керівник МФТІ.

Студент 152-ї групи факультету фізичної та квантової електроніки Костянтин Новосьолов, як зазначив Кудрявцев, "відвідував заняття нерегулярно, але всі завдання здавав успішно і вчасно".

"І відгуки викладачів про Новосьолова - також найвищі. Це означає, що він був настільки талановитий, що йому загалом було необов'язково ходити на всі заняття", - прокоментував архівні документи ректор МФТІ.

Від Шнобеля до Нобеля

Колега Гейма, Костянтин Новосьолов, став наймолодшим Нобелівським лауреатом з російським громадянством: 36-річний фізик на шість років молодший за свого радянського колеги Миколу Басова, який у 42 роки отримав премію 1964 року за роботи в галузі квантової електроніки, які привели до створення випромінювачів і підсилювачів на лазерно- .

Наймолодшим лауреатом у всій історії Нобелівської премії став Лоуренс Брегг, який у 25 років розділив премію з фізики зі своїм батьком, Вільямом Генрі Бреггом. Наступні чотири позиції у списку наймолодших в історії лауреатів також посідають фізики: Вернер Гейзенберг, Цзундао Лі, Карл Андерсон та Поль Дірак отримали премії у 31 рік.

Костянтин Новосьолов, однак, увійде в історію премії як перший представник покоління, яке народилося у 1970-ті роки. Як повідомляє сайт премії, попереднє десятиліття у списку лауреатів представляють фізик Ерік Корнелл, біологи Керол Грейдер та Крейг Мелло, а також президент США Барак Обама, який отримав Нобелівську премію миру. Нікого молодшого за 1961 рік народження, крім Новосьолова, у списку лауреатів немає.

Від редакції: торкаючись тему модернізації економіки Росії та розвитку високих технологій нашій країні , ми ставили завдання як звернути увагу читачів на недоліки, а й розповісти про позитивні приклади. Тим більше, що такі є, і чимало. Минулого тижня ми розповідали про розробку в Росії паливних елементів, а сьогодні поговоримо про графен, за вивчення властивостей якого «колишній наш народ» нещодавно отримав Нобелівську премію. Виявляється, і в Росії, а точніше – у Новосибірську, над цим матеріалом працюють дуже серйозно.

Кремній як основа мікроелектроніки міцно завоював позиції у просторі високих технологій, і це сталося не випадково. По-перше, кремнію відносно легко надати потрібних властивостей. По-друге, він відомий науці давно, і вивчений «вздовж і впоперек». Третя причина полягає в тому, що в кремнієві технології вкладені воістину гігантські кошти, і робити зараз ставки на новий матеріал, мабуть, мало хто наважиться. Адже для цього доведеться розбудовувати величезну промислову галузь. Точніше, будувати її майже з нуля.

Проте є й інші претенденти на лідерство як напівпровідниковий матеріал. Наприклад, графен, який після вручення Нобелівської премії за вивчення його властивостей, став дуже модним. Для переходу на нього з кремнію дійсно є підстави, тому що графен має низку істотних переваг. Але чи отримаємо ми в результаті «електроніку на графені» - ще не ясно, тому що поряд з перевагами причаїлися й недоліки.

Щоб поговорити про перспективи графену в мікроелектроніці та його унікальні властивості, ми зустрілися в Новосибірську з головним науковим співробітником Інституту неорганічної хімії ім. А. В. Ніколаєва ЗІ РАН, доктором хімічних наук, професором Володимиром Федоровим.

Алла Аршинова: Володимире Юхимовичу, які сучасні позиції кремнію в мікроелектроніці?

Володимир Федоров: Кремній дуже давно використовується в галузі як основний напівпровідниковий матеріал. Справа в тому, що він легко легується, тобто до нього можна додавати атоми різних елементів, які спрямованим чином змінюють фізичні та хімічні властивості. Подібна модифікація високочистого кремнію дозволяє отримувати напівпровідникові матеріали n або р-типу. Таким чином, спрямованим легуванням кремнію регулюють важливі мікроелектроніки функціональні властивості матеріалів.

Кремній – справді унікальний матеріал, і саме це є причиною того, що в нього вкладено стільки сил, засобів та інтелектуальних ресурсів. Фундаментальні властивості кремнію вивчені настільки детально, що є поширена думка про те, що йому просто не може бути заміна. Однак недавні дослідження графена дали зелене світло іншій точці зору, яка полягає в тому, що нові матеріали можуть бути доведені настільки, що зможуть замінити кремній.

Кристалічна структура кремнію

Подібні дискусії виникають у науці періодично, і вирішуються вони, як правило, лише після серйозних досліджень. Наприклад, нещодавно була схожа ситуація з високотемпературними надпровідниками. У 1986 році Беднорц і Мюллер відкрили надпровідність у барій-лантан-мідному оксиді (за це відкриття їм була присуджена Нобелівська премія вже в 1987 році - через рік після відкриття!), яка виявлялася при температурі, що значно перевищує значення, характерні для відомих до того часу надпровідних матеріалів. При цьому будовою купратні надпровідні з'єднання значно відрізнялися від низькотемпературних надпровідників. Потім лавиноподібні дослідження споріднених систем призвели до отримання матеріалів з температурою надпровідного переходу 90 і вище. Це означало, що як холодоагент можна використовувати не дорогий і примхливий рідкий гелій, а рідкий азот - в газоподібному вигляді його в природі дуже багато, і до того ж він істотно дешевше гелію.

Але, на жаль, ця ейфорія незабаром пройшла після ретельних досліджень нових високотемпературних надпровідників. Ці полікристалічні матеріали, як і інші складні оксиди, подібні до кераміки: вони крихкі і непластичні. Виявилося, що всередині кожного кристала надпровідність має хороші параметри, а ось у компактних зразках критичні струми досить невисокі, що зумовлено слабкими контактами між зернами матеріалу. Слабкі Джозефсонівські переходи (Josephson junction) між надпровідними зернами не дозволяють виготовити матеріал (наприклад, зробити провід) з високими надпровідними характеристиками.

Сонячна батарея на основі полікристалічного кремнію

З графеном може вийти така сама ситуація. В даний час у нього знайдені дуже цікаві властивості, але ще потрібно провести широкі дослідження для остаточної відповіді на питання про можливість отримання цього матеріалу в промисловому масштабі та використання його в наноелектроніці.

Алла Аршинова: Поясніть, будь ласка, що таке графен, і чим він відрізняється від графіту?

Володимир Федоров: Графен - це моноатомний шар, утворений з атомів вуглецю, який, як і графіт, має ґрати у формі сот. А графіт це, відповідно, покладені один на одного в стопку графенові шари. Шари графена у графіті пов'язані між собою дуже слабкими Ван-дер-Ваальсовими зв'язками, тому й вдається зрештою відірвати їх один від одного. Коли ми пишемо олівцем, це приклад того, що ми знімаємо шари графіту. Правда, слід олівця, що залишається на папері, це ще не графен, а графена мультишарова структура.

Тепер кожна дитина може серйозно стверджувати, що вона не просто перекладає папір, а створює складну графенову мультишарову структуру.

А от якщо вдається розщепити таку структуру до одного шару, тоді виходить справжній графен. Подібні розщеплення і провели Нобелівські лауреати з цьогорічної фізики Гейм і Новосьолов. Їм вдалося розщепити графіт за допомогою скотчу, і після дослідження властивостей цього «графітового шару» з'ясувалося, що він має дуже хороші параметри для використання в мікроелектроніці. Однією з чудових властивостей графена є висока рухливість електронів. Кажуть, графен стане незамінним матеріалом для комп'ютерів, телефонів та іншої техніки. Чому? Тому що у цій галузі йде тенденція на прискорення процедур обробки інформації. Ці процедури пов'язані з тактовою частотою. Чим вище робоча частота, тим більше можна обробити операцій за одиницю часу. Тому швидкість носіїв заряду дуже важлива. Виявилося, що у графена носії заряду поводяться як релятивістські частки з ефективною нульовою масою. Такі властивості графена дійсно дозволяють сподіватися, що можна буде створити пристрої, здатні працювати на частотах терагерцових, які недоступні кремнію. Це одна з найцікавіших властивостей матеріалу.

Нобелівські лауреати з фізики 2010 року Андрій Гейм та Костянтин Новосьолов

З графена можна отримати гнучкі та прозорі плівки, що також дуже цікаво для цілого ряду застосувань. Ще одним плюсом є те, що це дуже простий і дуже легкий матеріал, легший за кремній; до того ж у природі вуглецю достатньо. Тому якщо дійсно знайдуть спосіб використати цей матеріал у високих технологіях, то, звичайно, він матиме гарні перспективи і, можливо, замінить у кінці кремній.

Але є одна фундаментальна проблема, пов'язана із термодинамічною стійкістю низькорозмірних провідників. Як відомо, тверді тіла поділяються на різні просторові системи; наприклад, до системи 3D (three-dimensional) відносять об'ємні кристали. Двовимірні (2D) системи представлені шаруватими кристалами. А ланцюжкові структури відносяться до одновимірної (1D) системи. Так ось низькорозмірні - 1D ланцюжкові та 2D шаруваті структури з металевими властивостями з термодинамічної точки зору не стійкі, при зниженні температури вони прагнуть перетворитися на систему, яка втрачає металеві властивості. Це так звані переходи "метал-діелектрик". Наскільки стійкими будуть графенові матеріали в якихось пристроях, ще доведеться з'ясувати. Звичайно, графен цікавий як з точки зору електрофізичних властивостей, так і механічних. Вважається, що монолітний шар графену дуже міцний.

Алла Аршинова: Міцніше алмазу?

Володимир Федоров: Алмаз має тривимірні зв'язки, механічно він дуже міцний. У графіту в площині міжатомні зв'язки такі ж, може, й міцніші. Справа в тому, що з термодинамічної точки зору алмаз повинен перетворюватися на графіт, тому що графіт стабільніший за алмаз. Але в хімії є два важливі фактори, які керують процесом перетворення: це термодинамічна стабільність фаз та кінетика процесу, тобто швидкість перетворення однієї фази на іншу. Так от, алмази в музеях світу лежать уже століттями і на графіт не хочуть перетворюватися, хоча повинні. Можливо, через мільйони років вони таки перетворяться на графіт, хоча було б дуже шкода. Процес переходу алмазу в графіт при кімнатній температурі протікає з дуже повільною швидкістю, але якщо ви нагрієте алмаз до високої температури, тоді кінетичний бар'єр подолати буде легше, і це станеться.

Графіт у первозданному вигляді

Алла Аршинова: Те, що графіт можна розщеплювати на дуже тонкі лусочки, відомо вже давно. У чому тоді було досягнення нобелівських лауреатів з фізики 2010 року?

Володимир Федоров: Ви, мабуть, знаєте такого персонажа, як Петрик. Після вручення Нобелівської премії Андрію Гейму та Костянтину Новосьолову він заявив, що у нього вкрали Нобелівську. У відповідь Гейм сказав, що дійсно такі матеріали були відомі дуже давно, але їм дали премію за вивчення властивостей графена, а не за відкриття способу його отримання як такого. Насправді їх заслуга в тому, що вони змогли відщепити від високо орієнтованого графіту дуже хороші за якістю графенові шари і детально вивчити їх властивості. Якість графену дуже важлива, як і в кремнієвій технології. Коли навчилися отримувати кремній дуже високого ступеня чистоти, тільки тоді й стала можлива електроніка на його основі. Така сама ситуація і з графеном. Гейм і Новосьолов взяли дуже чистий графіт із досконалими шарами, зуміли відщепити один шар та вивчили його властивості. Вони перші довели, що цей матеріал має набір унікальних властивостей.

Алла Аршинова: У зв'язку з врученням Нобелівської премії вченим із російським корінням, що працює закордоном, наші співвітчизники, далекі від науки, задаються питанням, чи можна було дійти таких же результатів тут, в Росії?

Володимир Федоров: Мабуть, можна було. Просто вони свого часу поїхали. Їхня перша стаття, опублікована в Nature, написана у співавторстві з кількома вченими з Чорноголівки. Очевидно, наші російські дослідники також працювали у цьому напрямі. Але завершити її переконливо не вдалося. Жаль. Можливо, однією з причин є сприятливіші умови для роботи в зарубіжних наукових лабораторіях. Я нещодавно приїхав із Кореї і можу порівняти умови роботи, які мені були там надані, із роботою вдома. Так от там я нічим не був стурбований, а вдома повно рутинних обов'язків, які забирають багато часу і постійно відволікають від головного. Мене забезпечували всім, що було необхідно, причому виконувалося це з вражаючою швидкістю. Наприклад, якщо мені потрібний якийсь реактив, я пишу записку – і наступного дня мені його привозять. Підозрюю, що у нобелівських лауреатів теж дуже добрі умови для роботи. Ну і їм вистачило завзятості: вони багато разів намагалися отримати хороший матеріал і, нарешті, досягли успіху. Вони справді витратили велику кількість часу та сил на це, і премія у цьому сенсі вручена заслужено.

Алла Аршинова: А які саме переваги дає графен у порівнянні із кремнієм?

Володимир Федоров: По-перше, ми вже сказали, що він має високу рухливість носіїв, як кажуть фізики, носії заряду не мають маси. Маса завжди гальмує рух. А в графені електрони рухаються таким чином, що можна вважати їх масою, що не володіє. Така властивість унікальна: якщо і є інші матеріали та частинки зі схожими властивостями, то зустрічаються вони вкрай рідко. Цим графен виявився добрим, тим самим він вигідно відрізняється від кремнію.

По-друге, графен має високу теплопровідність, і це дуже важливо для електронних пристроїв. Він дуже легкий, а графеновий лист – прозорий та гнучкий, його можна згорнути. Графен може бути дуже дешевим, якщо розроблять оптимальні методи його отримання. Адже «скотч-метод», який продемонстрували Гейм та Новосьолов, не є промисловим. Цим методом одержують зразки дійсно високої якості, але в дуже малих кількостях, лише для досліджень.

І зараз хіміки розробляють інші способи одержання графену. Адже треба отримувати великі аркуші, щоби поставити виробництво графену на потік. Цими питаннями займаємось і ми тут, в Інституті неорганічної хімії. Якщо навчаться синтезувати графен за допомогою таких методів, які дозволили б отримувати матеріал високої якості в промислових масштабах, тоді є надія, що він зробить революцію в мікроелектроніці.

Алла Аршинова: Як, напевно, всі вже знають із ЗМІ, графенову багатошарову структуру можна отримати за допомогою олівця та липкої стрічки. А в чому полягає технологія одержання графену, яка застосовується в наукових лабораторіях?

Володимир Федоров: Існує кілька способів. Один із них відомий дуже давно, він заснований на використанні оксиду графіту. Його принцип досить простий. Графіт поміщають у розчин високо окисляючих речовин (наприклад, сірчана, азотна кислота та інших.), і за нагріванні він починає взаємодіяти з окислювачами. При цьому графіт розщеплюється на кілька листочків або навіть одноатомні шари. Але отримані моношари не є графеном, а являють собою окислений графен, в якому є приєднаний кисень, гідроксильні та карбоксильні групи. Тепер головне завдання полягає в тому, щоб ці верстви відновити до графену. Оскільки при окисленні виходять частинки невеликого розміру, треба їх якимось чином склеїти, щоб отримати моноліт. Зусилля хіміків спрямовані на те, щоб зрозуміти як можна з оксиду графіту, технологія отримання якого відома, зробити графеновий лист.

Є ще один метод, також досить традиційний і відомий вже давно – це хімічне осадження із газової фази за участю газоподібних сполук. Його суть полягає у наступному. Спочатку реакційні речовини виганяють у газову фазу, потім їх пропускають через нагріту до високих температур підкладку, де і осаджуються необхідні шари. Коли підібрано вихідний реагент, наприклад, метан, його можна розкласти таким чином, щоб водень відщепився, а вуглець залишився на підкладці. Але ці процеси важко контрольовані і ідеальний шар отримати складно.

Графен - одна з алотропних модифікацій вуглецю

Існує й інший метод, який зараз починає активно застосовуватися, – метод використання інтеркалованих сполук. У графіт, як і інші шаруваті сполуки, можна поміщати між шарами молекули різних речовин, які називаються «молекули гостя». Графіт - це матриця "господаря", куди ми поставляємо "гостей". Коли відбувається інтеркаляція гостей у ґрати господаря, природно, шари роз'єднуються. Це саме те, що потрібно: процес інтеркаляції розщеплює графіт. Інтеркаліровані з'єднання є дуже хорошими попередниками для отримання графену – потрібно тільки вийняти звідти «гостей» і не дати шарам знову зхлопнутись у графіт. У цій технології важливим етапом є процес отримання колоїдних дисперсій, які можна перетворювати на графенові матеріали. Ми у нашому інституті підтримуємо саме такий підхід. На наш погляд, це найпросунутіший напрямок, від якого очікуються дуже хороші результати, тому що з різноманітних інтеркалованих з'єднань можна найбільш просто та ефективно отримувати ізольовані шари.

За структурою графен схожий на стільники. І з недавніх пір він став дуже «солодкою» темою

Виділяють ще один спосіб, який називають тотальний хімічний синтез. Він у тому, що з найпростіших органічних молекул збирають потрібні «соти». Органічна хімія має дуже розвинений синтетичний апарат, який дозволяє отримувати величезну різноманітність молекул. Тому методом хімічного синтезу намагаються одержати графенові структури. Поки що вдалося створити графеновий лист, що складається приблизно із двохсот атомів вуглецю.

Розробляються та інші підходи до синтезу графену. Незважаючи на численні проблеми, наука у цьому напрямі успішно просувається вперед. Є велика частка впевненості в тому, що перешкоди будуть подолані, і графен наблизить нову віху в розвитку високих технологій.

Кандидат хімічних наук Тетяна Зіміна.

Нобелівську премію з фізики 2010 року присудили за дослідження графена - двовимірного матеріалу, що виявляє незвичайні та водночас вельми корисні властивості. Його відкриття обіцяє не лише нові технології, а й розвиток фундаментальної фізики, результатом чого можуть стати нові знання про будову матерії. Лауреатами Нобелівської премії з фізики цього року стали Андре Гейм та Костянтин Новосьолов – професори Манчестерського університету (Великобританія), випускники Московського фізико-технічного інституту.

Атоми вуглецю в графені утворюють двовимірний кристал із осередками гексагональної форми.

Нобелівський лауреат з фізики 2010 року Андре Гейм (нар. 1958 року) – професор Манчестерського університету (Великобританія). Закінчив Московський фізико-технічний інститут, кандидатську дисертацію захистив в Інституті фізики твердого тіла (м. Чорноголо)

Нобелівський лауреат з фізики 2010 року Костянтин Новосьолов (нар. 1974 року) – професор Манчестерського університету (Великобританія) та випускник Московського фізико-технічного інституту. Працював в Інституті проблем технології мікроелектроніки та особливо

Графен – одна з алотропних форм вуглецю. Вперше було отримано поетапним відлущуванням тонких шарів графіту. Графен, згортаючись, утворює нанотрубку або фулерен.

Одне з можливих застосувань графену – створення на його основі нової технології розшифрування хімічної структури (секвенування) ДНК. Вчені з Інституту нанодосліджень Кавлі (Kavli Institute of nanoscience, Нідерланди) під керівництвом професора Декке

Графен, матеріал товщиною всього в один атом, побудований з «сітки» атомів вуглецю, покладених, подібно до бджолиних стільників, в осередки гексагональної (шестикутної) форми. Це ще одна алотропна форма вуглецю поряд з графітом, алмазом, нанотрубками та фулереном. Матеріал має відмінну електропровідність, хорошу теплопровідність, високу міцність і практично повністю прозорий.

Ідея отримання графену «лежала» в кристалічній решітці графіту, яка є шаруватою структурою, утвореною слабо пов'язаними шарами атомів вуглецю. Тобто графіт, по суті, можна як сукупність шарів графена (двовимірних кристалів), з'єднаних між собою.

Графіт - матеріал шаруватий. Саме цю властивість нобелівські лауреати і використовували для отримання графену, незважаючи на те, що теорія передбачала (і попередні експерименти підтверджували), що двомірний вуглецевий матеріал при кімнатній температурі існувати не може - він переходитиме в інші алотропні форми вуглецю, наприклад, згортатися в нанотрубки сферичні фулерени.

Міжнародна команда вчених під керівництвом Андре Гейма, до якої входили дослідники з Манчестерського університету (Великобританія) та Інституту проблем технології мікроелектроніки та особливо чистих матеріалів (Росія, м. Чорноголівка), отримала графен простим відлущуванням шарів графіту. Для цього на кристал графіту наклеювали звичайний скотч, а потім знімали: на стрічці залишалися найтонші плівки, серед яких були одношарові. (Як тут не згадати: "Все геніальне - просто"!) Пізніше за допомогою цієї техніки були отримані й інші двовимірні матеріали, у тому числі високотемпературний надпровідник Bi-Sr-Ca-Cu-O.

Зараз такий спосіб називається "мікромеханічним розшаруванням", він дозволяє отримувати найбільш якісні зразки графену розміром до 100 мікрон.

Іншою чудовою ідеєю майбутніх нобелівських лауреатів було нанесення графену на підкладку з окису кремнію (SiO2). Завдяки цій процедурі графен стало можливим спостерігати під мікроскопом (від оптичного до атомно-силового) та досліджувати.

Перші ж експерименти з новим матеріалом показали, що в руках вчених не просто ще одна форма вуглецю, а новий клас матеріалів із властивостями, які не завжди можна описати з позицій класичної теорії фізики твердого тіла.

Отриманий двовимірний матеріал, будучи напівпровідником, має провідність, як у одного з кращих металевих провідників - міді. Його електрони мають дуже високу рухливість, що пов'язано з особливостями кристалічної будови. Очевидно, що ця якість графена разом з його нанометровою товщиною робить його кандидатом на матеріал, який міг би замінити в електроніці, у тому числі в майбутніх комп'ютерах, що швидко діють, що не задовольняє нинішнім запитам кремній. Дослідники вважають, що новий клас графенової наноелектроніки з базовою товщиною транзисторів не більше 10 нм (на графені вже отримано польовий транзистор) не за горами.

Наразі фізики працюють над подальшим збільшенням рухливості електронів у графені. Розрахунки показують, що обмеження рухливості носіїв заряду у ньому (отже, провідності) пов'язані з наявністю в SiO 2 -підкладці заряджених домішок. Якщо навчитися отримувати «вільновисючі» плівки графена, то рухливість електронів можна збільшити на два порядки – до 2×10 6 см 2 /В. с. Такі експерименти вже ведуться і досить успішно. Правда, ідеальна двовимірна плівка у вільному стані нестабільна, але якщо вона буде деформована у просторі (тобто буде не ідеально плоскою, а, наприклад, хвилястою), стабільність їй забезпечена. З такої плівки можна створити, наприклад, наноелектромеханічну систему - високочутливий газовий детектор, здатний реагувати навіть на одну-єдину молекулу, що опинилася на його поверхні.

Інші можливі програми графена: в електродах суперконденсаторів, в сонячних батареях, для створення різних композиційних матеріалів, у тому числі надлегких і високоміцних (для авіації, космічних апаратів і т.д.), із заданою провідністю. Останні можуть дуже відрізнятися. Наприклад, синтезований матеріал графан, який на відміну від графена – ізолятор (див. «Наука та життя» № ). Отримали його, приєднавши до кожного атома вуглецю вихідного матеріалу атому водню. Важливо, що це властивості вихідного матеріалу - графена - можна відновити простим нагріванням (відпалом) графана. У той же час графен, доданий у пластик (ізолятор), перетворює його на провідник.

Майже повна прозорість графена передбачає використання його в сенсорних екранах, а якщо згадати про його «надтонкість», то зрозумілі перспективи його застосування для майбутніх гнучких комп'ютерів (які можна згорнути в трубочку подібно до газети), годинників-браслетів, м'яких світлових панелей.

Але будь-які програми матеріалу вимагають його промислового виробництва, для якого метод мікромеханічного розшарування, що використовується в лабораторних дослідженнях, не годиться. Тому зараз у світі розробляється величезна кількість інших способів його отримання. Вже запропоновано хімічні методи отримання графену із мікрокристалів графіту. Один з них, наприклад, дає на виході графен, вбудований у полімерну матрицю. Описано також осадження з газової фази, вирощування при високому тиску та температурі, на підкладках карбіду кремнію. В останньому випадку, який найбільш пристосований до промислового виробництва, плівка із властивостями графену формується при термічному розкладанні поверхневого шару підкладки.

Фантастично велика цінність нового матеріалу у розвиток фізичних досліджень. Як зазначають у своїй статті, опублікованій у 2008 році в журналі «Успіхи фізичних наук», Сергій Морозов (Інститут проблем технології мікроелектроніки та особливо чистих матеріалів РАН), Андре Гейм та Костянтин Новоселов, «фактично графен відкриває нову наукову парадигму – ”релятивістську” фізику твердого тіла, в якій квантові релятивістські явища (частина яких не реалізується навіть у фізиці високих енергій) тепер можуть бути досліджені у звичайних лабораторних умовах… Вперше у твердодавньому експерименті можна дослідити всі нюанси та різноманіття квантової електродинаміки». Тобто йдеться про те, що багато явищ, для вивчення яких потрібно будівництво величезних прискорювачів елементарних частинок, тепер можна дослідити, озброївшись набагато простішим інструментом - найтоншим у світі матеріалом.

Коментар фахівця

Ми думали про польовий транзистор…

Редакція попросила прокоментувати результати роботи нобелівських лауреатів Андре Гейма та Костянтина Новосьолова їхньому колегу та співавтора. На запитання кореспондента «Науки та життя» Тетяни Зіміної відповідає завідувач лабораторії Інституту проблем технології мікроелектроніки та особливо чистих матеріалів РАН (м. Чорноголівка) Сергій Морозов.

Як взагалі народилася ідея одержати двовимірний вуглецевий матеріал? У зв'язку з чим? Чи очікували якісь незвичайні властивості цієї форми вуглецю?

Спочатку ми не мали мети отримати двомірний матеріал з напівметалу, ми намагалися зробити польовий транзистор. Метали, навіть товщиною в один атом, для цього не годяться - у них дуже багато вільних електронів. Спочатку ми отримували лічильне число атомних площин з кристала графіту, потім стали робити все більш тонкі пластинки, поки не отримали одноатомний шар, тобто графен.

Графен давно, із середини ХХ століття, розглядали теоретики. Вони ж і ввели назву двовимірного вуглецевого матеріалу. Саме графен став у теоретиків (задовго до його експериментального отримання) відправною точкою для розрахунку властивостей інших форм вуглецю - графіту, нанотрубок, фулеренів. Він і найбільш добре теоретично описаний. Звичайно, якихось ефектів, виявлених тепер експериментально, теоретики просто не розглядали. Електрони в графені поводяться подібно до релятивістських частинок. Але нікому на думку раніше не спадала ідея вивчати, як виглядатиме ефект Холла у разі релятивістських частинок. Ми виявили новий тип квантового ефекту Холла, який став одним із перших яскравих підтверджень унікальності електронної підсистеми в графені. Те саме можна сказати про властивий графену парадокс Клейна, відомого з фізики високих енергій. У традиційних напівпровідниках або металах електрони можуть тунелювати крізь потенційні бар'єри, але з ймовірністю значно менше одиниці. У графені електрони (подібно до релятивістських частинок) проникають навіть крізь нескінченно високі потенційні бар'єри невід'ємно.

Чому вважалося, що двовимірний вуглецевий матеріал (графен) буде нестійким за кімнатної температури? І як тоді його вдалось отримати?

Ранні роботи теоретиків, у яких показано нестійкість двовимірних матеріалів, належали до нескінченної ідеальної двовимірної системи. Пізніші роботи показали, що в двовимірній системі все-таки може існувати далекий порядок (який притаманний кристалічним тілам. - Прим. ред.) при кінцевій температурі (кімнатна температура для кристала - досить низька температура). Реальний же графен у підвішеному стані все ж таки, мабуть, не ідеально плоский, він злегка хвилястий - висота піднять у ньому порядку нанометра. В електронному мікроскопі ці «хвилі» не видно, але є інші їх підтвердження.

Графен – це напівпровідник, якщо я правильно розумію. Але подекуди знаходжу визначення - напівметал. До якого класу матеріалів він належить?

Напівпровідники мають заборонену зону певної ширини. У графена вона – нульова. Так що його можна назвати напівпровідником з нульовою забороненою зоною або напівметал з нульовим перекриттям зон. Тобто він займає проміжне положення між напівпровідниками та напівметалами.

Подекуди в популярній літературі згадується про інші двовимірні матеріали. Чи пробувала ваша група отримати якісь із них?

Буквально через рік після отримання графену ми отримали двовимірні матеріали з інших шаруватих кристалів. Це, наприклад, нітрид бору, деякі дихалькогеніди, високотемпературний надпровідник Bi-Sr-Ca-Cu-O. Вони не повторювали властивостей графену – одні з них взагалі були діелектриками, інші мали дуже низьку провідність. Багато дослідницьких груп у світі займаються вивченням двовимірних матеріалів. Зараз ми використовуємо нітрид бору як підкладку для графенових структур. Виявилося, це радикально покращує властивості графену. Також, якщо говорити про застосування графену для створення композитних матеріалів, нітрид бору тут один із головних конкурентів.

- Які існуючі методи отримання графену найперспективніші?

На мій погляд, зараз існують два такі основні методи. Перший - це зростання поверхні плівок деяких рідкісноземельних металів, і навіть міді і нікелю. Потім графен треба перенести інші підкладки, і це вже навчилися робити. Ця технологія перетворюється на стадію комерційних розробок.

Інший метод – вирощування на карбіді кремнію. Але добре навчитися вирощувати графен на кремнії, на якому побудована вся сучасна електроніка. Тоді розробка графенових пристроїв пішла б семимильними кроками, оскільки графенова електроніка природним шляхом розширила б функціональні можливості традиційної мікроелектроніки.