Agrafen kashfiyoti uchun Nobel mukofoti. Rossiyalik "arzimas fiziklar" qanday qilib Nobel mukofotiga sazovor bo'lishdi

Stokgolmda fizika bo'yicha 2010 yilgi Nobel mukofoti sovrindorlarining nomlari e'lon qilindi. Ular professor Andrey Geym va professor Konstantin Novoselov edi. Britaniyaning Manchester universitetida ishlaydigan ikkala laureat ham Rossiyadan. 52 yoshli Andrey Geym Gollandiya fuqarosi, 36 yoshli Konstantin Novoselov esa Rossiya va Britaniya fuqaroligiga ega.

Joriy yilda taxminan 1,5 million dollarga teng bo‘lgan dunyodagi eng nufuzli ilmiy mukofot olimlarga qalinligi bir atom qalinlikdagi uglerod plyonkasi bo‘lgan o‘ta yupqa va nihoyatda bardoshli material bo‘lgan grafenni kashf etgani uchun berildi.

"Around the World" jurnalining ilmiy muharriri Aleksandr Sergeev "Ozodlik" radiosida grafenni kashf etishda yuzaga kelgan qiyinchiliklar va ushbu materialning amaliy qo'llanilishi haqida gapiradi:

Olimlar grafenni qo'lga kiritganligining o'zi diqqatga sazovordir. Nazariy jihatdan, grafen sintez qilinishidan yarim asr oldin bashorat qilingan. Maktabda hamma grafitning tuzilishini o'rgangan - bu oddiy qalam. Uglerod atomi bir-birining ustiga qayta-qayta qatlamlangan yupqa qatlamlarni hosil qiladi. Har bir qatlam asal chuqurchalari kabi bir-biriga mos keladigan olti burchakli hujayralardan iborat.

Muammo yuqoridagi va pastdagilardan bitta qatlamni ajratish edi. Ushbu ikki o'lchovli kristallning uchinchi o'lchovi yo'qligi sababli shunday deb ataladigan bir qatlam uchun turli xil qiziqarli jismoniy xususiyatlar to'plami bashorat qilingan. Ko'plab tajribalar o'tkazildi. Ammo barqaror natija bilan bir qatlamni barcha boshqalardan ajratish mumkin emas edi.

Andrey Geim va Konstantin Novoselovlar ushbu qatlamni tanlash va keyinchalik bu haqiqatan ham bitta ekanligiga ishonch hosil qilish uchun usulni o'ylab topishdi. Keyin olimlar uning jismoniy xususiyatlarini o'lchashga va nazariy bashoratlarning ko'p yoki kamroq to'g'riligini tekshirishga muvaffaq bo'lishdi. Bu tajriba juda oddiy: olimlar oddiy qalam, bir parcha grafit olishdi. Yopishqoq lenta yordamida ular undan grafit qatlamini olib tashlashdi va keyin uni tozalashni boshladilar. 1-2 qatlam qolganda, grafit kremniy substratga o'tkazildi.

Nega oldingi barcha tajribalar muvaffaqiyatsizlikka uchradi? Chunki (va bu nazariy jihatdan bashorat qilingan) ikki o'lchovli uglerod kristalli grafen plyonkasi buralish uchun beqaror. U erkin holatda bo'lishi bilanoq, u darhol siqila boshlaydi. Hatto grafenni ajratib bo'lmaydi degan fikr ham bor edi. Olimlarning ishi 2004 yilda amalga oshirilgan va 2009 yilda allaqachon grafen parchasi olingan. Ya'ni, kattaligi deyarli bir santimetr bo'lgan grafen varag'i. Va endi biz o'nlab santimetr haqida gapiramiz.

- Nima uchun bu grafen umuman kerak?

Hozirda barcha elektronika elementlar - tranzistorlar, elektrodlar va boshqalar hajmini kichraytirish yo'nalishi bo'yicha harakat qilmoqda.Protsessor ichidagi elementlar qanchalik kichik bo'lsa, unda shuncha ko'p elementlar joylashtirilishi va protsessorning kuchliroq yig'ilishi mumkin. Binobarin, u murakkabroq mantiqiy operatsiyalarni bajaradi. Bitta atom qatlamidan yupqaroq nima bo'lishi mumkin? Grafen nozik bo'lish xususiyatiga ega.

Bundan tashqari, u elektr tokini o'tkazadi. Va - deyarli shaffof. Shu bilan birga, u juda kuchli: u atom qatlami uchun eng kuchli materiallardan biridir. U deyarli boshqa moddalarning o'tishiga yo'l qo'ymaydi. Hatto geliy gazi ham grafenga kira olmaydi, shuning uchun u butunlay ishonchli qoplama hisoblanadi. U, masalan, sensorli ekranlarda ishlatilishi mumkin, chunki shaffof elektrod tasvirni yashirmaydi. Siz uni elektronikada ishlatishga harakat qilishingiz mumkin. Endi ular grafenlar asosida tranzistorlar yaratishga harakat qilmoqdalar. To'g'ri, bu erda qiyinchiliklar mavjud. Grafen tranzistorlarda foydalanishni biroz qiyinlashtiradigan anomal xususiyatlarga ega. Ammo biz atom qatlamlarini qanday olishni o'rganganimizdan so'ng, bu allaqachon engib o'tilishi mumkin bo'lgan to'siqlardir. Bu mutlaqo yangi material. Ilgari hech qachon bunday narsa bo'lmagan. Texnologiya va elektronikada ishlatilishi mumkin bo'lgan o'tkazgichning eng nozik monoqatlami.

Yangi Nobel mukofoti sovrindorlarining tarjimai holi ancha murakkab. Ulardan biri Niderlandiya fuqarosi, ikkinchisi ikkita pasportga ega: Britaniya va Rossiya. Ular, biz bilganimizdek, Angliyaning Manchester shahridagi tadqiqot markazida ishlagan. Ilm-fan xalqaro miqyosga aylanmoqdami yoki rus olimlarining ayanchli taqdiri faqat chet elga sayohat qilishlari bilan buyuk kashfiyotlar qilishmi?

Jiddiy ilmiy ish bilan shug'ullanish uchun nafaqat moddiy-texnik baza, balki shunchaki xotirjamlik ham kerak. Olim hech qanday savol bilan chalkashmasligi kerak. Andrey Geym 10 yil oldin qurbaqalarning magnit levitatsiyasi bo'yicha o'tkazgan tajribalari uchun Ig Nobel mukofotiga sazovor bo'lgan. Ig Nobel mukofoti ma'nosiz ish uchun komik anti-mukofotdir. Olim o'z faoliyatida ma'lum bir erkinlikka muhtoj. Keyin g'oyalar tug'iladi. Bugun men qurbaqalarni ko'tardim, ertaga esa grafenlarni olaman.

Agar odamda bunday sharoitlar mavjud bo'lsa, u yanada samarali ishlaydi. Axir, fizika bo'yicha ikkala Nobel mukofoti sovrindorlari ham MIPTda (Moskva fizika-texnika instituti - RS) tahsil olishgan. Tez orada ular Gollandiyaga, Buyuk Britaniyaga jo'nab ketishdi, chunki u erda ish muhiti tadqiqot o'tkazish uchun zarur bo'lgan ilmiy mablag'larni topish uchun qulayroqdir. Ular uglerod plyonkalarini lenta bilan yirtib tashlashdi, ammo ularni atom kuchi mikroskopi bilan o'lchash kerak edi. Shunday qilib, bu mikroskop bo'lishi kerak edi. Rossiyada, albatta, ular mavjud, ammo ularga kirish ancha qiyin.

Agar men Rossiyada Nobel mukofoti laureatlarini etishtirishga imkon beruvchi yaxshi asosiy ta'lim bor, deb aytsam, lekin ayni paytda tajribalar uchun jiddiy ilmiy yuqori texnologiyali baza yo'q, bu to'g'ri bo'ladimi?

Har qanday umumlashtirishda bo'lgani kabi, bu erda ham biroz cho'zilgan. Bizning ta'limimiz endi u qadar yaxshi va silliq emas, chunki ko'p joylarda ilmiy maktablar yo'q qilinmoqda. 90-yillardagi ishdagi katta tanaffus o'z ta'sirini ko'rsatdi. Rossiyada bir nechta maktablar bor, ularda hamma narsa hali ham juda yaxshi ketmoqda, ammo jihozlar va jiddiy, qimmat tadqiqotlar o'tkazish bilan bog'liq muammolar mavjud. Ushbu uskuna bir joyda tugaydi: vaqti-vaqti bilan, masalan, Kurchatov institutiga jiddiy xaridlar amalga oshiriladi. Ammo undan qanchalik samarali foydalanilgani katta savol. Shuning uchun, ba'zi joylarda kuchli ilmiy maktab, ba'zilarida esa - texnika uchun mablag'lar mavjud. Obro'-e'tibor va byurokratiya tufayli ularni o'zaro almashish juda qiyin. Rossiyada yuqori darajadagi tadqiqotlar ham mumkin, ammo uni o'tkazish ancha qiyin - bu erda qiyinroq ish muhiti mavjud.

Ilmiy tadqiqotlar ko'p qirrali. Ammo Nobel qo'mitasi yutuq deb belgilaydigan ba'zi sohalar bormi? Qaysi biri uchun Nobel mukofotini olish osonroq? Yoki bunday yo'nalishlar yo'qmi?

Men so'nggi 20 yil ichida fizika bo'yicha Nobel mukofoti sovrindorlari ro'yxatini ko'rib chiqdim. Aniq tendentsiya yo'q. Elementar zarrachalar fizikasi va fundamental jismoniy o'zaro ta'sirlar sohasida juda ko'p mukofotlar bo'lishi mumkin. Bu tushunarli - ular u erda juda qiziqarli ishlarni qilishadi. Ammo bu erda biz muhim bir narsani hisobga olishimiz kerak. Ko'pincha Nobel mukofotini qo'lga kiritish uchun yutuq ish qilishning o'zi etarli emasligi aytiladi. Biz uni qadrlaydigan vaqtgacha yashashimiz kerak. Shuning uchun Nobel mukofoti odatda juda keksa yoshdagi odamlarga beriladi. Shu nuqtai nazardan qaraganda, fizika bo‘yicha bu yilgi Nobel mukofoti qoidadan istisno. Novoselov hozir 36 yoshda. So'nggi 20 yil ichida fizika mukofotlari orasida bunday holat bo'lmagan va menimcha, umuman bo'lmagan! So'nggi 8 yil ichida 50 yoshgacha bo'lgan hech bir olim Nobel mukofotiga sazovor bo'lmagan va ko'pchilik o'n yillar oldin qilgan ishlari uchun 70 va hatto 80 yoshda ham Nobel mukofotiga sazovor bo'lgan.

Hozirgi Nobel mukofoti qoidalarga zid ravishda berildi. Ehtimol, Nobel qo'mitasi mukofot gerontologik bo'lib borayotganini va uni olish yoshini kamaytirish kerak deb hisoblagandir. So'nggi marta fizika mukofoti "yosh" yoshda 2001 yilda berilgan. G‘oliblar 40 yoshdan 50 yoshgacha bo‘lganlar edi.

Endi, aftidan, asosiy e'tibor haqiqiy eksperimental ishlarga qaratilgan. Shunday qilib, Nobel mukofoti astronomiyani o'z ichiga olmasa-da, so'nggi 10 yil ichida astrofizika bo'yicha ikkita juda muhim mukofot bor edi. Yuqori energiya fizikasi va elementar zarrachalar fizikasi, qattiq jismlar fizikasi, kondensatsiyalangan moddalar fizikasi — yaʼni atomlar bir-biriga yaqin boʻlgan qattiq, suyuq va boshqa holatlar boʻyicha sovrinlar bor edi. Bu ishlarning deyarli barchasi u yoki bu tarzda kvant fizikasi bilan bog'liq.

- Nima uchun aynan kvant nazariyasi? Bu Nobel qo'mitasi a'zolarining shaxsiy imtiyozlari bilan bog'liqmi? Yoki bu haqiqatan ham yaqin ilmiy kelajakmi?

Sababi juda oddiy. Darhaqiqat, bugungi kunda barcha fizika, tortishish nazariyasidan tashqari, kvantdir. O'tmishda bo'lgan ayrim yon yo'nalishlar, yaxshilanishlar va yutuqlar bundan mustasno, fizika sohasida amalga oshirilayotgan deyarli barcha yangi narsalar kvant fizikasiga asoslangan. Faqat tortishish kuchi hali bu "kvantlash" ga bo'ysunmagan. Fizikaning asosiga taalluqli boshqa hamma narsa kvant nazariyasi va materiyaning kvant nazariyasidir.

Kim u? Novoselov Konstantin Sergeevich!

Biografiya

Mashhur olim 1974 yil 23 avgustda Sverdlovsk viloyatining Nijniy Tagil shahrida muhandis va bir vaqtlar uning bobosi Viktor Konstantinovich Novoselov asoschisi va direktori bo‘lgan 39-son maktabda ingliz tili o‘qituvchisi oilasida tug‘ilgan.

Oltinchi sinfda o'qiyotganida Konstantin ajoyib qobiliyatlarni ochib beradi va mintaqaviy fizika olimpiadasida birinchi o'rinni egallaydi va birozdan keyin Butunittifoq olimpiadasida u muvaffaqiyatini takrorlab, kuchli o'ntalikka kiradi. 1991 yilda qo'shimcha sirtqi fizika-texnika maktabini tamomlagan va o'sha yili Moskva fizika-texnika institutining talabasi bo'ldi. Fizika va kvant elektronika fakultetining “nanotexnologiya” mutaxassisligi bo‘yicha o‘qiydi va institutni imtiyozli diplom bilan tamomlagan, so‘ngra Rossiya Fanlar akademiyasining Mikroelektronika texnologiyasi muammolari institutiga (Mikroelektronika muammolari instituti) ishga qabul qilingan. Rossiya Fanlar akademiyasining texnologiyasi) Chernogolovkada. U yerda Yuriy Dubrovskiy rahbarligida aspiranturani tamomlagan.

Chet elda

1999 yilda allaqachon o'rnatilgan obro'ga ega bo'lgan fizik Konstantin Sergeevich Novoselov Gollandiyaga ko'chib o'tdi. U erda Nijmegen universitetida Andrey Geym bilan birga ishlaydi. 2001-yildan beri olimlar Manchester universitetida birga ishlamoqda. 2004 yilda u falsafa doktori ilmiy darajasini oldi (rahbar Jan-Kees Maan).

Ayni paytda Konstantin Sergeevich Novoselov Qirollik jamiyati professori va Manchester universitetining fizika-matematika fanlari professori va ikki fuqarolikka ega (Rossiya va Buyuk Britaniya). Hozirda Manchesterda yashaydi.

Tadqiqot

Konstantin Sergeevich Novoselov nima bilan mashhur? Thomson Reuters tahliliy agentligi ma'lumotlariga ko'ra, rossiyalik britaniyalik fizik eng ko'p tilga olinadigan olimlardan biridir. Uning qalamidan 190 ta ilmiy maqolalar kelgan. Biroq, uning eng muhim tadqiqoti, albatta, grafendir. Ko'pchilik oddiy va tanish ko'rinadigan bu so'zni eshitgan. Texnologiya haqiqatdan ham ixcham va nafis, har bir zukkolik kabi. Keyingi tadqiqotlar insoniyatni o'ta tez va o'ta yupqa mobil va kompyuter qurilmalari, elektromobillar va bardoshli, lekin juda engil tuzilmalar davriga olib kelishi mumkin.

Mukofotlar

Konstantin Sergeevich Novoselov Manchester universitetida ishlay boshlaganida, uning rossiyalik katta hamkasbi uning ilmiy rahbari bo'ldi.O'sha vaqtga kelib u bu sohada uzoq vaqt tadqiqot olib borgan va gekkon panjalarining yopishish mexanizmini qayta ishlab chiqarishga muvaffaq bo'lgan. va uning asosida u yopishqoq lentani yaratdi, keyinchalik fiziklar grafen bilan ishlashda foydalandilar. Bundan oldin Geymga ma'lum bir xitoylik talaba yordam bergan, ammo fizikning so'zlariga ko'ra, ish Konstantin Sergeevich Novoselov ishga kirishgandan keyingina rivojlana boshlagan. Nobel mukofoti ularga 2010-yil oktabr oyida berildi. Novoselov hozirda fizika bo'yicha (so'nggi 37 yil ichida) eng yosh Nobel mukofoti sovrindori sifatida tanilgan, bundan tashqari, ayni paytda u 1970 yildan keyin tug'ilgan Nobel mukofotlari orasida yagona olimdir.

Xuddi shu 2010 yilda Novoselov Niderlandiyada ilm-fanga qo'shgan katta hissasi uchun Niderlandiya Arslon ordeni qo'mondoni unvoniga sazovor bo'ldi va bir oz vaqt o'tgach, 2011 yilda qirolicha Yelizaveta II ning farmoni bilan unga ritsar bakalavr unvoni berildi. Buyuk Britaniyada fanga qo'shgan hissasi. Ritsarlik marosimi biroz kechroq, 2012 yilning bahorida, kutilganidek, Bukingem saroyida bo'lib o'tdi. Uni qirolichaning qizi malika Anna boshqargan.

Aytish kerakki, ilmiy va ijtimoiy faoliyati juda keng bo'lgan Konstantin Sergeevich Novoselov 2008 yilda Evrofizika mukofoti laureati bo'lgan grafen tadqiqotlari uchun yana bir nufuzli mukofotga sazovor bo'ldi. U har ikki yilda bir marta taqdirlanadi; mukofot olganlar orasida atigi o'n uchta Nobel mukofoti laureati bor edi. Sovrin pul mukofoti va tegishli sertifikatdan iborat. U Kurti mukofotini ham oldi, lekin grafen uchun emas, balki past haroratlar va magnit maydonlar bilan ishlashda erishilgan yutuqlar ro‘yxati uchun.

Oila va hayot haqida

Konstantin Novoselov rafiqasi Irina bilan baxtli turmush qurgan. Garchi u rus bo'lsa ham, olimlar chet elda, Gollandiyada uchrashishdi. Irina, asli Vologda, mikrobiologiya sohasida tadqiqotlar bilan shug'ullanadi (u Sankt-Peterburgda nomzodlik dissertatsiyasini himoya qilgan). Er-xotinning 2009 yilda tug'ilgan ikki qizi, egizaklari Sofiya va Vika bor.

Konstantin Sergeevich, o'z so'zlari bilan aytganda, laboratoriyada haftalab o'tiradigan, o'z farzandlarining bolaligini sog'inadigan ota emas. Uning uchun dunyodagi eng kichik tranzistorni ixtiro qilish va qiziga yigirma yettigacha hisoblashni o'rgatish - bu teng keladigan narsa. "Hech kim ilgari bunday qilmagan", deydi u.

O'z navbatida, uning ota-onasi hech qachon o'g'lining manfaatlarini cheklashga urinmagan. Ular har doim o'g'lining juda qobiliyatli ekanligiga ishonch hosil qilishgan va fizikning o'zi aytganidek, u Nobel mukofotini olganida hayron bo'lishmagan.

Esquire jurnaliga bergan intervyusida u pianino chalishni o'rganishni orzu qilishini tan oldi. U o'qiydi, ammo o'z e'tirofiga ko'ra, natijalar hali ham o'rtacha.

SSSR haqida

Konstantin Sergeevich SSSRda tug'ilgan va mukammal ta'lim olgan. Uning o'zi tan oladiki, bunday chuqur bilimlarni kamdan-kam joyda olish mumkin. Ammo u Rossiyaga qaytish niyatida emas. Aynan shuning uchundir, ba'zi jurnalistlar uni vatanparvarligi yo'qligi uchun beixtiyor qoralaydilar. Bunga olim gap pulda emas, shunchaki Britaniyada ishlash tinchroq, chunki hech kim sizning ishlaringizga aralashmaydi, deb javob beradi.

Novoselov hayotni engil qabul qiladi va muvaffaqiyatsizliklar haqida o'ylamaydi - bu uning asosiy qoidalaridan biridir. Agar odamlar bilan munosabatlarda qiyinchiliklar yuzaga kelsa, u ajralishga olib kelmaslikka harakat qiladi, lekin agar bu muqarrar bo'lsa, u oxirgi so'zni boshqa odamga qoldiradi. Mashhur fizikning hayotda odatiy muammolari ko'p, masalan, u bo'sh vaqt olish uchun har qanday pul sarflashga tayyor.

Ammo u o'z hayotini ish va dam olishga ajratmaydi, ehtimol bu olimning mahsuldorligining kalitidir. Uyda u fizika haqida o'ylaydi va ishda u shunchaki ruhini tinchlantiradi.

Grafen nima

Albatta, fizika sohasidagi barcha yutuqlarga qaramay, Novoselovning asosiy ishi grafen edi va shunday bo'lib qolmoqda. Laboratoriya sharoitida hamyurtlarimiz birinchi bo'lib qo'lga kiritgan bu tuzilma atigi bir atom qalinlikdagi uglerod atomlaridan iborat ikki o'lchovli "tarmoq"dir. Novoselovning o'zi ta'kidlashicha, texnologiya murakkab emas va har kim deyarli improvizatsiya qilingan vositalardan grafen yaratishi mumkin. Uning so'zlariga ko'ra, siz faqat yaxshi grafit sotib olishingiz kerak, garchi siz hatto qalamlardan foydalanishingiz mumkin va kremniy gofretlari va lentalarga ozgina sarflashingiz mumkin. Hammasi, grafen yaratish uchun to'plam tayyor! Shunday qilib, material faqat yirik korporatsiyalarning mulkiga aylanmaydi; Novoselov va O'yin uni butun dunyoga tom ma'noda berdi.

Ajoyib xususiyatlar

Fizikni ushbu materialning elektron xususiyatlari ham hayratda qoldiradi. Uning so‘zlariga ko‘ra, grafenni tranzistorlarda qo‘llash mumkin, bu esa ba’zi kompaniyalar allaqachon mobil qurilmalardagi an’anaviy qismlarni almashtirishga harakat qilmoqda.

Novoselovning fikricha, grafen texnologiyada inqilob qiladi. Har qanday ilmiy-fantastik filmning ajralmas qismi shaffof, yupqa, buzilmaydigan va ajoyib funksionallikka ega ajoyib gadjetlardir. Agar grafen asta-sekin eskirgan kremniyni almashtirsa, hayotda kinodan texnologiyalar paydo bo'ladi.

Novoselov va Geymning tadqiqotlarida yana nima diqqatga sazovor? Ularning deyarli bir zumda laboratoriyalardan yig'ish liniyalariga ko'chib o'tishlari va hatto undan ham ko'proq, birinchi yillarda juda foydali bo'lib chiqdi.

Kelajak texnologiyalari

Grafen hozir qayerda ishlatiladi? Ko'rinishidan, yaqinda topilgan bunday materialni hali keng tarqatish mumkin emas va bu ma'lum darajada haqiqatdir. Deyarli barcha ishlanmalar hali ham eksperimental xususiyatga ega va ommaviy ishlab chiqarishga chiqarilmagan. Biroq, endi ular ushbu materialdan tom ma'noda barcha sohalarda foydalanishga harakat qilmoqdalar, buni haqiqiy "grafen isitmasi" deb atash mumkin.

Grafenning o'zi, engil vazni va deyarli to'liq shaffofligiga qaramay (u uzatiladigan yorug'likning 2 foizini o'zlashtiradi, oddiy oyna oynasi bilan bir xil), material juda bardoshli. Amerikalik olimlarning so'nggi tadqiqotlari grafenning plastmassa bilan yaxshi aralashishini ko'rsatdi. Bu mebel va mobil telefonlardan tortib raketa fanlarigacha bo'lgan hamma narsada ishlatilishi mumkin bo'lgan juda kuchli materialga olib keladi.

Grafendan elektromobillar uchun akkumulyatorlarning prototiplari allaqachon yaratilgan. Ular yuqori quvvat va qisqa zaryadlash vaqti bilan ajralib turadi. Ehtimol, shunday qilib, elektromobillar muammosi hal qilinadi va transport arzon va ekologik toza bo'ladi.

Grafen telefonlar uchun yangi sensorli panellarni ishlab chiqishda ishlatiladi. Agar klassik datchiklar faqat tekis yuzada ishlashi mumkin bo'lsa, u holda grafenda bu kamchilik yo'q, chunki u har qanday tarzda egilishi mumkin. Bundan tashqari, yuqori elektr o'tkazuvchanligi javobni minimal qiladi.

Aviatsiyada

Grafen yordamida tayyorlangan raketa va samolyot korpuslari bir necha barobar engilroq bo'ladi, bu esa yoqilg'i xarajatlarini sezilarli darajada kamaytiradi. Parvozlar shu qadar arzonlashadiki, hamma yerning narigi tomoniga sayohat qilish imkoniyatiga ega bo'ladi. Biroq, bu, albatta, yo'lovchi tashishdan tashqari, yuk tashishga ham ta'sir qiladi. Sayyoramizning chekka burchaklarini ta’minlash ancha yaxshilanadi, bu esa u yerda ko‘proq odamlar yashab, mehnat qilishini anglatadi.

MOSKVA, 5 oktyabr - RIA Novosti. Fizika bo‘yicha 2010 yilgi Nobel mukofoti bir vaqtning o‘zida ikki davlat, laureatlarning vatani – Rossiya va hozirgi vatani – Britaniya uchun bayramga aylandi. Shvetsiyalik akademiklar Andrey Geym va Konstantin Novoselovga uglerodning ikki o'lchovli shakli - grafenni kashf etgani uchun eng yuqori ilmiy mukofotni berishdi, bu esa rossiyalik olimlarning miya oqimidan nolasiga, Britaniyaliklarning esa fanni moliyalashtirishning saqlanib qolishiga umid qilishiga sabab bo'ldi.

"Geym va Novoselovning xorijda kashfiyot qilgani achinarli", - dedi RIA Novosti Moskva davlat universitetining polimerlar va kristall fizikasi kafedrasi mudiri, Rossiya Fanlar akademiyasi akademigi Aleksey Xoxlov.

“Hukumat Nobel qoʻmitasi qaroridan saboq olishi kerak”, dedi Qirollik jamiyati prezidenti professor Martin Ris fizika boʻyicha Nobel mukofoti berilishini sharhlar ekan. Uning eslatishicha, Britaniyada ishlayotgan ko‘plab olimlar, shu jumladan chet ellik olimlar, agar moliyalashtirish qisqartirilsa, shunchaki boshqa mamlakatlarga ketishlari mumkin.

Britaniya hukumati 20-oktabr kuni davlat xarajatlarini katta qisqartirish bo‘yicha rejalarini e’lon qiladi. Ilm-fan va oliy ta'lim qisqartirishdan eng ko'p zarar ko'rgan sohalardan biri bo'lishi kutilmoqda.

Manchesterda ishlaydigan MIPT bitiruvchilari Geym va Novoselovlar “ikki o‘lchovli grafen materialini o‘rganish bo‘yicha innovatsion tajribalar uchun” mukofotga sazovor bo‘lishdi. Ular 10 million shved kronasini (taxminan bir million yevro) o‘zaro bo‘lishadilar. Taqdirlash marosimi uning asoschisi Alfred Nobel vafot etgan kuni, 10 dekabr kuni Stokgolmda bo‘lib o‘tadi.

Grafen tarixdagi birinchi ikki o'lchovli material bo'lib, kimyoviy bog'lanishlar tuzilishi bilan o'zaro bog'langan uglerod atomlarining bir qatlamidan iborat bo'lib, uning geometriyasida asal chuqurchalari tuzilishini eslatadi. Uzoq vaqt davomida bunday tuzilmani yaratish mumkin emas deb hisoblangan.

"Bunday ikki o'lchovli bir qatlamli kristallar mavjud bo'lishi mumkin emas deb hisoblar edi. Ular barqarorlikni yo'qotib, boshqa narsaga aylanishi kerak, chunki bu aslida qalinligi bo'lmagan tekislik", - laureatlarning sobiq xo'jayini, Muammolar instituti direktori. Bu haqda Rossiya Fanlar akademiyasining (IPTM) Mikroelektronika texnologiyasi va yuqori sof materiallar bo'limi (RIA Novosti) Vyacheslav Tulin ma'lum qildi.

Biroq, "mumkin bo'lmagan" material, ma'lum bo'lishicha, noyob fizik va kimyoviy xususiyatlarga ega bo'lib, uni turli sohalarda ajralmas qiladi. Grafen elektr toki bilan bir qatorda misni ham o'tkazadi; u sensorli ekranlar, quyosh batareyalari va moslashuvchan elektron qurilmalarni yaratish uchun ishlatilishi mumkin.

"Bu mikroelektronikada bo'lajak inqilob. Agar kompyuterlar hozir gigagerts bo'lsa, u holda teragerts bo'ladi va hokazo. Transistorlar va elektron sxemalarning barcha boshqa elementlari grafen asosida yaratiladi ", - Aleksey Fomichev, MIPT professori. Kvant elektronika departamenti, deb xabar berdi RIA Novosti.

Grafen allaqachon qo'llash sohasini topdi: quyosh fotovoltaik xujayralari. "Ilgari quyosh batareyalarini ishlab chiqarishda shaffof elektrod sifatida qalay bilan qo'shilgan indiy oksidlari ishlatilgan. Ammo grafenning bir necha qatlamlari ancha samarali ekanligi ma'lum bo'ldi", - deydi klaster tuzilmalari fizikasi laboratoriyasi rahbari Aleksandr Vul. Rossiya Fanlar akademiyasining Sankt-Peterburg Ioffe nomidagi fizika-texnika institutida.

Birinchi bo'lib fizika va texnologiyadan

Andrey Geym va Konstantin Novoselovlar Nobel mukofotini olgan Moskva fizika-texnika institutining birinchi bitiruvchilari: bunga qadar MIPT asoschilari va xodimlari - Pyotr Kapitsa, Nikolay Semenov, Lev Landau, Igor Tamm, Aleksandr Proxorov, Nikolay Basov , Vitaliy Ginzburg va Aleksey Abrikosov. Geim 1982 yilda umumiy va amaliy fizika (GPPF) fakultetini, 1997 yilda Novoselov fizik va kvant elektronika fakultetini (FFQE) tamomlagan. Ikkala bitiruvchi ham imtiyozli diplom oldi.

"Bu super yangilik. Biz Nobel qoʻmitasining qaroridan juda mamnunmiz. MIPT yangi Nobel mukofoti sovrindorlarini allaqachon tabrikladi", dedi seshanba kuni RIA Novosti agentligiga MIPT rektori Nikolay Kudryavtsev.

Rektorning so'zlariga ko'ra, xodimlar "arxivdan shaxsiy fayllarini ko'tarib, ular a'lochi talabalar ekaniga amin bo'lishdi". Shu bilan birga, Andrey Geim institutga birinchi marta kirmadi, zavodda bir yil ishladi, lekin "qat'iyat ko'rsatdi" va MIPT talabasi bo'ldi.

"FOPFda o'qigan butun davri davomida Geym o'qituvchilardan eng yuqori baholarni oldi. Va Geimning bitiruv ishi bitiruv komissiyasi tomonidan juda yuqori baholandi", dedi MIPT rahbari.

Fizika va kvant elektronika fakultetining 152-guruh talabasi Konstantin Novoselov, Kudryavtsev ta'kidlaganidek, "darslarga tartibsiz qatnashgan, ammo barcha topshiriqlarni o'z vaqtida va muvaffaqiyatli topshirgan".

"Va o'qituvchilarning Novoselov haqidagi sharhlari ham eng yuqori. Bu shuni anglatadiki, u shunchalik iste'dodli ediki, umuman olganda, u barcha darslarda qatnashishi shart emas edi", dedi MIPT rektori arxiv hujjatlariga.

Shnobeldan Nobelgacha

O'yinning hamkasbi, Konstantin Novoselov, Rossiya fuqaroligiga ega bo'lgan eng yosh Nobel mukofoti sovrindori bo'ldi: 36 yoshli fizik o'zining sovet hamkasbi Nikolay Basovdan olti yosh kichik, u 42 yoshida kvant elektronikasi sohasidagi ishi uchun 1964 yilda mukofot olgan, bu lazer-maser printsipi asosida emitentlar va kuchaytirgichlarni yaratish.

Tarixdagi eng yosh Nobel mukofoti sovrindori Lourens Bragg bo'lib, u 25 yoshida otasi Uilyam Genri Bragg bilan birga fizika mukofotiga sazovor bo'lgan. Tarixdagi eng yosh laureatlar ro'yxatida keyingi to'rtta pog'onani ham fiziklar egallashgan: Verner Xayzenberg, Zongdao Li, Karl Anderson va Pol Dirak 31 yoshida mukofotga sazovor bo'lishdi.

Konstantin Novoselov esa mukofot tarixiga 1970-yillarda tug‘ilgan avlodning birinchi vakili sifatida kiradi. Mukofot saytida yozilishicha, avvalgi o‘n yillikdagi laureatlar ro‘yxatidan fizik Erik Kornel, biologlar Kerol Greyder va Kreyg Mello, shuningdek, tinchlik bo‘yicha Nobel mukofotini olgan AQSh prezidenti Barak Obama ham bor. Laureatlar ro'yxatida Novoselovdan tashqari 1961 yildan kichikroq hech kim yo'q.

Muharrirdan: Rossiya iqtisodiyotini modernizatsiya qilish va mamlakatimizda yuqori texnologiyalarni rivojlantirish mavzusiga to'xtalar ekanmiz, biz nafaqat o'quvchilar e'tiborini kamchiliklarga qaratish, balki ijobiy misollar haqida gapirish vazifasini qo'ydik. Bundan tashqari, bundaylar bor va juda oz. O'tgan hafta biz Rossiyada yonilg'i xujayralarining rivojlanishi haqida gaplashdik va bugun biz grafen haqida gaplashamiz, uning xususiyatlarini o'rganish uchun "bizning sobiq odamlarimiz" yaqinda Nobel mukofotiga sazovor bo'lgan. Ma'lum bo'lishicha, Rossiyada, aniqrog'i Novosibirskda ular bu material ustida juda jiddiy ishlamoqda.

Kremniy mikroelektronikaning asosi sifatida yuqori texnologiyali makonda mustahkam o'rin egalladi va bu tasodifan sodir bo'lmadi. Birinchidan, kremniyga kerakli xususiyatlarni berish nisbatan oson. Ikkinchidan, u fanga qadimdan ma’lum bo‘lib, uzoq-yaqindan o‘rganilgan. Uchinchi sabab shundaki, kremniy texnologiyasiga haqiqatan ham katta miqdorda mablag 'sarflangan va hozirda kam odam yangi materialga pul tikishga jur'at eta oladi. Zero, buning uchun ulkan sanoat tarmog‘ini qayta qurish kerak bo‘ladi. To'g'rirog'i, uni deyarli noldan yarating.

Biroq, yarimo'tkazgich materiali sifatida etakchilik uchun boshqa da'vogarlar ham bor. Masalan, uning xususiyatlarini o'rganish uchun Nobel mukofoti berilganidan keyin juda moda bo'lgan grafen. Haqiqatan ham kremniydan unga o'tish uchun sabablar bor, chunki grafen bir qator muhim afzalliklarga ega. Ammo biz oxir-oqibat "grafenda elektron" olamizmi, hali aniq emas, chunki afzalliklar bilan bir qatorda kamchiliklar ham mavjud.

Grafenning mikroelektronikadagi istiqbollari va uning noyob xususiyatlari haqida suhbatlashish uchun biz Novosibirskda nomidagi noorganik kimyo instituti bosh ilmiy xodimi bilan uchrashdik. A.V. Nikolaev SB RAS, kimyo fanlari doktori, professor Vladimir Fedorov.

Alla Arshinova: Vladimir Efimovich, kremniyning mikroelektronikadagi hozirgi holati qanday?

Vladimir Fedorov: Silikon sanoatda juda uzoq vaqt davomida asosiy yarimo'tkazgich materiali sifatida ishlatilgan. Gap shundaki, u osonlikcha dopinglanadi, ya'ni unga turli elementlarning atomlari qo'shilishi mumkin, bu esa fizik va kimyoviy xususiyatlarni o'zgartiradi. Yuqori toza kremniyning bunday modifikatsiyasi n yoki p tipidagi yarimo'tkazgichli materiallarni olish imkonini beradi. Shunday qilib, kremniyning yo'nalishli dopingi mikroelektronika uchun muhim bo'lgan materiallarning funktsional xususiyatlarini tartibga soladi.

Kremniy haqiqatan ham noyob materialdir va shuning uchun unga ko'p kuch, pul va intellektual resurslar sarflangan. Kremniyning asosiy xususiyatlari shu qadar batafsil o'rganilganki, uni almashtirib bo'lmaydi degan fikr keng tarqalgan. Biroq, grafen bo'yicha so'nggi tadqiqotlar yashil chiroqni boshqa nuqtai nazarga berdi, ya'ni kremniy o'rnini bosadigan darajada yangi materiallar ishlab chiqilishi mumkin.

Kremniyning kristall tuzilishi

Bunday munozaralar fanda vaqti-vaqti bilan paydo bo'ladi va, qoida tariqasida, ular faqat jiddiy tadqiqotlardan keyin hal qilinadi. Misol uchun, yaqinda yuqori haroratli supero'tkazgichlar bilan xuddi shunday vaziyat yuzaga keldi. 1986 yilda Bednorz va Myuller bariy-lantan-mis oksidida o'ta o'tkazuvchanlikni aniqladilar (bu kashfiyot uchun ular 1987 yilda Nobel mukofotiga sazovor bo'lgan - kashfiyotdan bir yil o'tgach!), bu qiymatlardan sezilarli darajada yuqori haroratlarda aniqlangan. o'ta o'tkazuvchan materiallarning ilgari ma'lum bo'lgan vaqtining xarakteristikasi. Bundan tashqari, kuprat supero'tkazuvchi birikmalarining tuzilishi past haroratli supero'tkazgichlardan sezilarli darajada farq qiladi. Keyin tegishli tizimlarni o'rganish ko'chkisi 90 K va undan yuqori supero'tkazuvchi o'tish haroratiga ega bo'lgan materiallarni ishlab chiqarishga olib keldi. Bu qimmat va injiq suyuq geliy o'rniga suyuq azotni sovutish suvi sifatida ishlatish mumkinligini anglatardi - tabiatda uning gazsimon ko'pligi bor va bundan tashqari, u geliydan ancha arzon.

Ammo, afsuski, bu eyforiya yangi yuqori haroratli o'ta o'tkazgichlarni sinchkovlik bilan o'rganishdan so'ng tez orada yo'qoldi. Ushbu polikristalli materiallar, boshqa murakkab oksidlar kabi, keramikaga o'xshaydi: ular mo'rt va egiluvchan emas. Ma'lum bo'lishicha, har bir kristall ichida o'ta o'tkazuvchanlik yaxshi parametrlarga ega, ammo ixcham namunalarda kritik oqimlar ancha past bo'ladi, bu materialning donalari orasidagi zaif aloqalar bilan bog'liq. Supero'tkazuvchi donalar orasidagi zaif Jozefson birikmalari yuqori o'tkazuvchanlik xususiyatlariga ega bo'lgan material (masalan, sim) ishlab chiqarishga imkon bermaydi.

Polikristal kremniyga asoslangan quyosh batareyasi

Xuddi shu holat grafen bilan sodir bo'lishi mumkin. Hozirgi vaqtda uning uchun juda qiziqarli xususiyatlar topilgan, ammo bu materialni sanoat miqyosida ishlab chiqarish va uni nanoelektronikada qo'llash imkoniyati haqidagi savolga aniq javob berish uchun keng ko'lamli tadqiqotlar olib borilishi kerak.

Alla Arshinova: Iltimos, grafen nima ekanligini va u grafitdan qanday farq qilishini tushuntirib bering?

Vladimir Fedorov: Grafen - uglerod atomlaridan hosil bo'lgan monoatomik qatlam bo'lib, u xuddi grafit kabi, chuqurchalar shaklidagi panjaraga ega. Va grafit, shunga ko'ra, bir-birining ustiga to'plangan grafen qatlamlari. Grafitdagi grafen qatlamlari bir-biri bilan juda zaif van der Waals bog'lari bilan bog'langan, shuning uchun ularni oxir-oqibatda bir-biridan ajratish mumkin. Qalam bilan yozganimizda, bu grafit qatlamlarini olib tashlashimizga misoldir. To'g'ri, qog'ozda qolgan qalam izi hali grafen emas, balki grafen ko'p qatlamli strukturadir.

Endi har bir bola u shunchaki qog'oz o'tkazmayapti, balki grafenning murakkab ko'p qatlamli tuzilishini yaratayotganini jiddiy da'vo qilishi mumkin.

Ammo agar bunday strukturani bir qatlamga bo'lish mumkin bo'lsa, unda haqiqiy grafen olinadi. Shunga o'xshash bo'linishlar fizika bo'yicha bu yilgi Nobel mukofoti sovrindorlari Geym va Novoselovlar tomonidan amalga oshirildi. Ular lenta yordamida grafitni ajratishga muvaffaq bo'lishdi va ushbu "grafit qatlami" ning xususiyatlarini o'rganib chiqqandan so'ng, u mikroelektronikada foydalanish uchun juda yaxshi parametrlarga ega ekanligi ma'lum bo'ldi. Grafenning ajoyib xususiyatlaridan biri uning yuqori elektron harakatchanligidir. Ularning aytishicha, grafen kompyuterlar, telefonlar va boshqa jihozlar uchun ajralmas materialga aylanadi. Nega? Chunki bu sohada axborotni qayta ishlash jarayonlarini tezlashtirish tendentsiyasi mavjud. Ushbu protseduralar soat tezligi bilan bog'liq. Ishlash chastotasi qanchalik yuqori bo'lsa, vaqt birligida ko'proq operatsiyalarni qayta ishlash mumkin. Shuning uchun zaryad tashuvchilarning tezligi juda muhimdir. Ma'lum bo'lishicha, grafendagi zaryad tashuvchilar o'zlarini nolga teng samarali massaga ega relativistik zarralar kabi tutadilar. Grafenning bu xossalari chindan ham kremniyga etib bo‘lmaydigan teragerts chastotalarida ishlay oladigan qurilmalarni yaratish mumkinligiga umid baxsh etadi. Bu materialning eng qiziqarli xususiyatlaridan biridir.

Fizika bo'yicha 2010 yilgi Nobel mukofoti sovrindorlari Andre Geym va Konstantin Novoselov

Moslashuvchan va shaffof plyonkalarni grafendan olish mumkin, bu ham bir qator ilovalar uchun juda qiziq. Yana bir ortiqcha - bu juda oddiy va juda engil material, kremniydan engilroq; Bundan tashqari, tabiatda juda ko'p uglerod mavjud. Shuning uchun, agar ular haqiqatan ham ushbu materialni yuqori texnologiyalarda qo'llash yo'lini topsalar, unda, albatta, u yaxshi istiqbolga ega bo'ladi va, ehtimol, oxir-oqibat silikon o'rnini bosadi.

Ammo past o'lchamli o'tkazgichlarning termodinamik barqarorligi bilan bog'liq bitta asosiy muammo mavjud. Ma'lumki, qattiq jismlar turli fazoviy tizimlarga bo'linadi; masalan, 3D (uch o'lchovli) tizim hajmli kristallarni o'z ichiga oladi. Ikki o'lchovli (2D) tizimlar qatlamli kristallar bilan ifodalanadi. Va zanjirli tuzilmalar bir o'lchovli (1D) tizimga tegishli. Shunday qilib, past o'lchamli - metall xossaga ega bo'lgan 1D zanjirli va 2D qatlamli tuzilmalar termodinamik nuqtai nazardan barqaror emas, haroratning pasayishi bilan ular metall xususiyatlarini yo'qotadigan tizimga aylanadi. Bu metall-dielektrik o'tishlar deb ataladi. Ba'zi qurilmalarda grafen materiallari qanchalik barqaror bo'lishini ko'rish kerak. Albatta, grafen ham elektrofizik, ham mexanik xususiyatlar nuqtai nazaridan qiziq. Grafenning monolit qatlami juda kuchli ekanligiga ishoniladi.

Alla Arshinova: Olmosdan kuchlimi?

Vladimir Fedorov: Olmos uch o'lchovli aloqalarga ega va mexanik jihatdan juda kuchli. Grafitda tekislikdagi atomlararo aloqalar bir xil, ehtimol undan ham kuchliroqdir. Gap shundaki, termodinamik nuqtai nazardan olmos grafitga aylanishi kerak, chunki grafit olmosga qaraganda barqarorroqdir. Ammo kimyoda transformatsiya jarayonini boshqaradigan ikkita muhim omil mavjud: fazalarning termodinamik barqarorligi va jarayonning kinetikasi, ya'ni bir fazaning boshqasiga aylanish tezligi. Shunday qilib, olmoslar asrlar davomida butun dunyo muzeylarida yotgan va grafitga aylanishni xohlamaydilar, garchi ular kerak bo'lsa ham. Ehtimol, millionlab yillar ichida ular hali ham grafitga aylanadi, garchi bu juda achinarli. Xona haroratida olmosning grafitga aylanish jarayoni juda sekin tezlikda sodir bo'ladi, lekin agar siz olmosni yuqori haroratga qizdirsangiz, u holda kinetik to'siqni engish osonroq bo'ladi va bu albatta sodir bo'ladi.

Grafit asl shaklida

Alla Arshinova: Grafitning juda nozik bo'laklarga bo'linishi uzoq vaqtdan beri ma'lum. 2010 yilgi fizika bo'yicha Nobel mukofoti sovrindorlarining yutug'i nima edi?

Vladimir Fedorov: Ehtimol siz Petrik kabi xarakterni bilasiz. Andrey Geym va Konstantin Novoselovga Nobel mukofotini topshirgandan so'ng, u Nobel mukofoti undan o'g'irlanganini aytdi. Bunga javoban Geymning ta'kidlashicha, bunday materiallar haqiqatan ham juda uzoq vaqtdan beri ma'lum bo'lgan, ammo ularga mukofot grafenni ishlab chiqarish usulini kashf etgani uchun emas, balki uning xususiyatlarini o'rgangani uchun berilgan. Aslida, ularning afzalligi shundaki, ular yuqori yo'naltirilgan grafitdan juda yaxshi sifatli grafen qatlamlarini ajratib, ularning xususiyatlarini batafsil o'rganishga muvaffaq bo'lishdi. Grafenning sifati kremniy texnologiyasida bo'lgani kabi juda muhim. Ular juda yuqori darajadagi kremniyni qanday olishni o'rganganlarida, shundan keyingina unga asoslangan elektronika mumkin bo'ldi. Vaziyat grafen bilan bir xil. Geim va Novoselov mukammal qatlamli juda toza grafitni olib, bir qatlamni ajratishga muvaffaq bo'lishdi va uning xususiyatlarini o'rganishdi. Ular birinchi bo'lib ushbu materialning o'ziga xos xususiyatlarga ega ekanligini isbotladilar.

Alla Arshinova: Chet elda faoliyat olib borayotgan rus millatiga mansub olimlarga Nobel mukofoti berilishi munosabati bilan ilm-fandan yiroq vatandoshlarimiz bu yerda, Rossiyada ham shunday natijalarga erishish mumkinmidi, degan savol tug‘iladi.

Vladimir Fedorov: Ehtimol, bu mumkin edi. Ular faqat kerakli vaqtda ketishdi. Ularning Nature jurnalida chop etilgan birinchi maqolasi chernogolovkalik bir qancha olimlar bilan hamkorlikda yozilgan. Ko‘rinib turibdiki, bizning rus tadqiqotchilarimiz ham shu yo‘nalishda ishlagan. Ammo uni ishonchli tarzda yakunlashning iloji bo'lmadi. Afsuski. Buning sabablaridan biri, ehtimol, xorijiy ilmiy laboratoriyalarda ishlash uchun qulayroq shart-sharoitlardir. Men yaqinda Koreyadan keldim va u yerda menga berilgan ish sharoitlarini uyda ishlash bilan solishtirishim mumkin. Shunday qilib, u erda men hech narsa bilan mashg'ul emas edim, lekin uyda men juda ko'p vaqtni oladigan va doimiy ravishda meni asosiy narsadan chalg'itadigan odatiy vazifalarga to'la edim. Menga kerak bo'lgan hamma narsa ta'minlandi va bu ajoyib tezlikda amalga oshirildi. Misol uchun, menga qandaydir reaktiv kerak bo'lsa, men eslatma yozaman va ertasi kuni olib kelishadi. Menimcha, Nobel mukofoti sovrindorlari ham juda yaxshi ish sharoitlariga ega. Xo'sh, ular etarlicha qat'iyatga ega edilar: ular yaxshi material olishga ko'p marta harakat qilishdi va nihoyat muvaffaqiyatga erishdilar. Ular bunga haqiqatan ham ko'p vaqt va kuch sarflashdi va shu ma'noda mukofot munosib taqdirlandi.

Alla Arshinova: Kremniyga nisbatan grafenning aniq afzalliklari nimada?

Vladimir Fedorov: Birinchidan, biz uning tashuvchilarning yuqori harakatchanligiga ega ekanligini aytdik, fiziklar aytganidek, zaryad tashuvchilarning massasi yo'q. Massa har doim harakatni sekinlashtiradi. Grafenda esa elektronlar shunday harakat qiladiki, ularni massasiz deb hisoblash mumkin. Bu xususiyat noyobdir: agar shunga o'xshash xususiyatlarga ega bo'lgan boshqa materiallar va zarralar bo'lsa, ular juda kam uchraydi. Grafen aynan shu narsa uchun yaxshi bo'lib chiqdi va shuning uchun u kremniy bilan ijobiy taqqoslanadi.

Ikkinchidan, grafen yuqori issiqlik o'tkazuvchanligiga ega va bu elektron qurilmalar uchun juda muhimdir. Bu juda engil va grafen varag'i shaffof va moslashuvchan va uni o'rash mumkin. Agar uni ishlab chiqarishning optimal usullari ishlab chiqilsa, grafen juda arzon bo'lishi mumkin. Axir, Game va Novoselov tomonidan ko'rsatilgan "skotch lentasi usuli" sanoat emas. Bu usul haqiqatan ham yuqori sifatli namunalarni ishlab chiqaradi, lekin juda oz miqdorda, faqat tadqiqot uchun.

Hozir esa kimyogarlar grafen ishlab chiqarishning boshqa usullarini ishlab chiqishmoqda. Axir, grafen ishlab chiqarishni yo'lga qo'yish uchun siz katta varaqlarni olishingiz kerak. Biz shu yerda, noorganik kimyo institutida ham shu masalalar bilan shug‘ullanamiz. Agar ular sanoat miqyosida yuqori sifatli material ishlab chiqarish imkonini beradigan usullardan foydalangan holda grafenni sintez qilishni o'rgansalar, u mikroelektronikada inqilob qilishiga umid bor.

Alla Arshinova: Ommaviy axborot vositalaridan hamma allaqachon biladi, qalam va yopishqoq lenta yordamida grafenli ko'p qatlamli strukturani olish mumkin. Ilmiy laboratoriyalarda ishlatiladigan grafen ishlab chiqarish texnologiyasi qanday?

Vladimir Fedorov: Bir necha usullar mavjud. Ulardan biri juda uzoq vaqtdan beri ma'lum bo'lib, u grafit oksididan foydalanishga asoslangan. Uning printsipi juda oddiy. Grafit yuqori oksidlovchi moddalar (masalan, sulfat, nitrat kislota va boshqalar) eritmasiga joylashtiriladi va qizdirilganda u oksidlovchi moddalar bilan o'zaro ta'sir qila boshlaydi. Bunday holda, grafit bir nechta varaqlarga yoki hatto monotomik qatlamlarga bo'linadi. Ammo hosil bo'lgan monoqatlamlar grafen emas, balki biriktirilgan kislorod, gidroksil va karboksil guruhlarini o'z ichiga olgan oksidlangan grafendir. Endi asosiy vazifa bu qatlamlarni grafenga qaytarishdir. Oksidlanish natijasida kichik zarrachalar hosil bo'lganligi sababli, monolit olish uchun ularni qandaydir tarzda yopishtirish kerak. Kimyogarlarning sa'y-harakatlari ishlab chiqarish texnologiyasi ma'lum bo'lgan grafit oksididan qanday qilib grafen varag'ini yasash mumkinligini tushunishga qaratilgan.

An'anaviy va uzoq vaqtdan beri ma'lum bo'lgan yana bir usul mavjud - bu gazsimon birikmalar ishtirokida kimyoviy bug'lanishdir. Uning mohiyati quyidagicha. Birinchidan, reaksiya moddalari gaz fazasiga sublimatsiya qilinadi, so'ngra ular yuqori haroratgacha isitiladigan substratdan o'tadi, ular ustiga kerakli qatlamlar yotqiziladi. Metan kabi boshlang'ich reagent tanlangandan so'ng, u vodorod bo'linib ketadigan va uglerod substratda qoladigan tarzda parchalanishi mumkin. Ammo bu jarayonlarni nazorat qilish qiyin va ideal qatlamni olish qiyin.

Grafen uglerodning allotropik modifikatsiyalaridan biridir

Hozirda faol qo'llanila boshlagan yana bir usul bor - interkalatsiyalangan birikmalardan foydalanish usuli. Grafitda, boshqa qatlamli birikmalarda bo'lgani kabi, qatlamlar orasiga "mehmon molekulalari" deb ataladigan turli moddalarning molekulalari joylashtirilishi mumkin. Grafit "mehmon" matritsasi bo'lib, biz "mehmonlar" ni ta'minlaymiz. Mehmonlar uy egasining panjarasiga kirganda, qatlamlar tabiiy ravishda ajralib turadi. Aynan shu narsa talab qilinadi: interkalatsiya jarayoni grafitni buzadi. Interkalatsiyalangan birikmalar grafen ishlab chiqarish uchun juda yaxshi prekursorlardir - siz u erdan "mehmonlarni" olib tashlashingiz va qatlamlarning yana grafitga tushishiga yo'l qo'ymasligingiz kerak. Ushbu texnologiyaning muhim bosqichi grafen materiallariga aylantirilishi mumkin bo'lgan kolloid dispersiyalarni olish jarayonidir. Institutimizda biz aynan shu yondashuvni qo'llab-quvvatlaymiz. Bizning fikrimizcha, bu eng ilg'or yo'nalish bo'lib, undan juda yaxshi natijalar kutilmoqda, chunki izolyatsiyalangan qatlamlarni har xil turdagi interkalatsiyalangan birikmalardan eng sodda va samarali tarzda olish mumkin.

Grafenning tuzilishi asal chuquriga o'xshaydi. Va yaqinda bu juda "shirin" mavzuga aylandi

Yana bir usul bor, u umumiy kimyoviy sintez deb ataladi. Bu zaruriy "asal qoliplari" oddiy organik molekulalardan yig'ilganligidadir. Organik kimyo juda ko'p turli xil molekulalarni olish imkonini beruvchi juda rivojlangan sintetik apparatga ega. Shuning uchun ular kimyoviy sintez orqali grafen tuzilmalarini olishga harakat qilmoqdalar. Hozirgacha ikki yuzga yaqin uglerod atomidan iborat grafen varag‘ini yaratish mumkin bo‘ldi.

Grafen sinteziga boshqa yondashuvlar ishlab chiqilmoqda. Ko'p muammolarga qaramay, bu yo'nalishdagi fan muvaffaqiyatli rivojlanmoqda. Mavjud to'siqlarni engib o'tishga ishonch yuqori va grafen yuqori texnologiyalarni rivojlantirishda yangi bosqichni olib keladi.

Kimyo fanlari nomzodi Tatyana Zimina.

Fizika boʻyicha 2010-yilgi Nobel mukofoti gʻayrioddiy va ayni paytda juda foydali xususiyatlarni koʻrsatadigan ikki oʻlchovli material boʻlgan grafen boʻyicha tadqiqotlar uchun berilgan. Uning kashfiyoti nafaqat yangi texnologiyalarni, balki fundamental fizikani rivojlantirishni ham va'da qiladi, buning natijasida materiya tuzilishi haqida yangi bilimlar paydo bo'lishi mumkin. Fizika bo‘yicha bu yilgi Nobel mukofoti sovrindorlari Manchester universiteti (Buyuk Britaniya) professorlari, Moskva fizika-texnika instituti bitiruvchilari Andre Geym va Konstantin Novoselovlardir.

Grafendagi uglerod atomlari olti burchakli hujayralar bilan ikki o'lchovli kristall hosil qiladi.

Fizika boʻyicha 2010-yilgi Nobel mukofoti sovrindori Andre Geym (1958-yilda tugʻilgan) — Manchester universiteti (Buyuk Britaniya) professori. Moskva fizika-texnika institutini tamomlagan, qattiq jismlar fizikasi institutida (Chernogolo) nomzodlik dissertatsiyasini himoya qilgan.

Fizika boʻyicha 2010-yilgi Nobel mukofoti sovrindori Konstantin Novoselov (1974-yilda tugʻilgan) — Manchester universiteti (Buyuk Britaniya) professori, Moskva fizika-texnika instituti bitiruvchisi. Mikroelektronika texnologiyasi muammolari institutida ishlagan va ayniqsa

Grafen uglerodning allotropik shakllaridan biridir. U birinchi marta grafitning yupqa qatlamlarini bosqichma-bosqich tozalash orqali olingan. Grafen dumalab, nanotuba yoki fulleren hosil qiladi.

Grafenning mumkin bo'lgan qo'llanilishidan biri uning asosida DNKning kimyoviy tuzilishini (ketma-ketligini) ochishning yangi texnologiyasini yaratishdir. Gollandiyaning Kavli nomidagi nano fanlar instituti olimlari professor Dekke boshchiligida.

Bir atom qalinligi bo'lgan grafen, asal chuquri kabi joylashgan uglerod atomlarining "to'ri" dan olti burchakli hujayralarga qurilgan. Bu grafit, olmos, nanotubalar va fulleren bilan birga uglerodning yana bir allotropik shakli. Material mukammal elektr o'tkazuvchanligiga, yaxshi issiqlik o'tkazuvchanligiga, yuqori quvvatga ega va deyarli butunlay shaffofdir.

Grafenni ishlab chiqarish g'oyasi grafitning kristall panjarasida "yotadi", bu uglerod atomlarining bo'sh bog'langan qatlamlaridan hosil bo'lgan qatlamli strukturadir. Ya'ni, grafit, aslida, bir-biriga bog'langan grafen (ikki o'lchovli kristallar) qatlamlari to'plami sifatida ifodalanishi mumkin.

Grafit qatlamli materialdir. Nazariya ikki o‘lchovli uglerod moddasi xona haroratida mavjud bo‘lmasligini bashorat qilganiga (va oldingi tajribalar tasdiqlaganiga) qaramay, Nobel mukofoti laureatlari grafen ishlab chiqarishda aynan shu xususiyatdan foydalanganlar - u, masalan, uglerodning boshqa allotropik shakllariga aylanadi. , nanotubalar yoki sferik fullerenlarga katlayın.

Manchester universiteti (Buyuk Britaniya) va Mikroelektronika texnologiyalari va yuqori sof materiallar instituti (Chernogolovka, Rossiya) tadqiqotchilaridan iborat Andre Geym boshchiligidagi xalqaro olimlar jamoasi grafit qatlamlarini oddiygina tozalash orqali grafen oldi. Buning uchun oddiy lenta grafit kristaliga yopishtirilgan va keyin olib tashlandi: lentada eng nozik plyonkalar, shu jumladan bir qatlamli filmlar qoldi. (Qanday qilib eslab qolmaslik mumkin: "Hammasi mohirlik oddiy"!) Keyinchalik bu texnika yordamida boshqa ikki o'lchovli materiallar, jumladan, yuqori haroratli supero'tkazgich Bi-Sr-Ca-Cu-O olingan.

Endi bu usul "mikromexanik eksfoliatsiya" deb ataladi, bu sizga 100 mikrongacha bo'lgan eng yuqori sifatli grafen namunalarini olish imkonini beradi.

Bo'lajak Nobel mukofoti sovrindorlarining yana bir ajoyib g'oyasi grafenni kremniy oksidi (SiO 2) substratiga joylashtirish edi. Ushbu protsedura tufayli grafenni mikroskop ostida (optikdan atom kuchigacha) kuzatish va o'rganish mumkin bo'ldi.

Yangi material bilan o'tkazilgan birinchi tajribalar shuni ko'rsatdiki, olimlar qo'lida uglerodning boshqa shakli emas, balki qattiq jismlar fizikasining klassik nazariyasi nuqtai nazaridan har doim ham tasvirlab bo'lmaydigan xususiyatlarga ega bo'lgan yangi materiallar sinfi mavjud.

Olingan ikki o'lchovli material, yarimo'tkazgich bo'lib, eng yaxshi metall o'tkazgichlardan biri - mis kabi o'tkazuvchanlikka ega. Uning elektronlari juda yuqori harakatchanlikka ega, bu uning kristall tuzilishining o'ziga xos xususiyatlari bilan bog'liq. Shubhasiz, grafenning bunday sifati va uning nanometr qalinligi uni elektronikada, shu jumladan kelajakdagi yuqori tezlikda ishlaydigan kompyuterlarda silikon o'rnini bosadigan nomzod materialga aylantiradi. Tadqiqotchilarning fikricha, asosiy tranzistor qalinligi 10 nm dan oshmaydigan (dala effektli tranzistor grafenda allaqachon olingan) grafen nanoelektronikasining yangi sinfi yaqinda.

Fiziklar hozirda grafendagi elektronlarning harakatchanligini yanada oshirish ustida ishlamoqda. Hisob-kitoblar shuni ko'rsatadiki, undagi zaryad tashuvchilarning harakatchanligini cheklash (va shuning uchun o'tkazuvchanlik) SiO 2 substratida zaryadlangan aralashmalar mavjudligi bilan bog'liq. Agar biz "erkin osilgan" grafen plyonkalarini olishni o'rgansak, elektronning harakatchanligini ikki darajaga oshirish mumkin - 2 × 10 6 sm 2 / V gacha. Bilan. Bunday tajribalar allaqachon olib borilmoqda va juda muvaffaqiyatli. To'g'ri, erkin holatda bo'lgan ideal ikki o'lchovli plyonka beqaror, lekin agar u kosmosda deformatsiyalangan bo'lsa (ya'ni, u ideal tekis emas, balki, masalan, to'lqinli bo'lsa), unda barqarorlik ta'minlanadi. Bunday plyonkadan, masalan, nanoelektromexanik tizimni - uning yuzasida topilgan bitta molekulaga ham javob berishga qodir yuqori sezgir gaz sensori yasash mumkin.

Grafenning boshqa mumkin bo'lgan qo'llanilishi: superkondensator elektrodlarida, quyosh batareyalarida, ma'lum o'tkazuvchanlikka ega bo'lgan turli xil kompozit materiallarni, shu jumladan ultra engil va yuqori quvvatli (aviatsiya, kosmik kemalar va boshqalar uchun) yaratish uchun. Ikkinchisi juda katta farq qilishi mumkin. Masalan, grafendan farqli o'laroq, izolyator bo'lgan moddiy grafan sintez qilingan (qarang: "Fan va hayot" №). U boshlang'ich materialning har bir uglerod atomiga vodorod atomini qo'shish orqali olingan. Muhimi, boshlang‘ich materialning barcha xossalari - grafenni oddiygina qizdirish (tavlash) orqali tiklash mumkin. Shu bilan birga, plastmassaga qo'shilgan grafen (izolyator) uni o'tkazgichga aylantiradi.

Grafenning deyarli to'liq shaffofligi uni sensorli ekranlarda qo'llashni taklif qiladi va agar biz uning "juda yupqaligini" eslasak, kelajakdagi moslashuvchan kompyuterlarda (ularni gazeta kabi o'rash mumkin), soat bilaguzuklarida va yumshoq kompyuterlarda foydalanish istiqbollari. yorug'lik panellari aniq.

Ammo materialning har qanday qo'llanilishi uni sanoat ishlab chiqarishini talab qiladi, buning uchun laboratoriya tadqiqotlarida ishlatiladigan mikromexanik eksfoliatsiya usuli mos kelmaydi. Shu sababli, hozir dunyoda uni olishning ko'plab boshqa usullari ishlab chiqilmoqda. Grafit mikrokristallaridan grafen olishning kimyoviy usullari allaqachon taklif qilingan. Ulardan biri, masalan, polimer matritsasiga o'rnatilgan grafen ishlab chiqaradi. Silikon karbidli substratlarda yuqori bosim va haroratda bug 'birikishi va o'sishi ham tasvirlangan. Sanoat ishlab chiqarish uchun eng mos bo'lgan ikkinchi holatda, substratning sirt qatlamining termal parchalanishi paytida grafenning xususiyatlariga ega bo'lgan plyonka hosil bo'ladi.

Jismoniy tadqiqotlarni rivojlantirish uchun yangi materialning qiymati hayratlanarli darajada katta. Sergey Morozov (Rossiya Fanlar akademiyasining Mikroelektronika texnologiyasi va yuqori sof materiallar muammolari instituti) Andre Geym va Konstantin Novoselovlar 2008 yilda Uspekhi Fizicheskikh Nauk jurnalida chop etilgan maqolalarida ta'kidlaganidek, "aslida grafen bir qator ochadi. yangi ilmiy paradigma - kvant relyativistik hodisalarni (ularning ba'zilari hatto yuqori energiya fizikasida ham amalga oshirib bo'lmaydigan) endi oddiy laboratoriya sharoitida o'rganish mumkin bo'lgan "relativistik" fizika qattiq holat ... Birinchi marta qattiq jismda. tajriba orqali kvant elektrodinamikasining barcha nuanslari va xilma-xilligini oʻrganish mumkin”. Ya'ni, biz o'rganish uchun ulkan zarracha tezlatgichlarini qurishni talab qiladigan ko'plab hodisalarni hozirda ancha sodda asbob - dunyodagi eng nozik material bilan qurollangan holda o'rganish mumkinligi haqida gapiramiz.

Ekspert sharhi

Biz maydon effektli tranzistor haqida o'yladik ...

Tahririyat o‘z hamkasbi va hammuallifidan Nobel mukofoti laureatlari Andre Geym va Konstantin Novoselovlar faoliyati natijalariga izoh berishni so‘radi. Rossiya Fanlar akademiyasining (Chernogolovka) Mikroelektronika va yuqori sof materiallar texnologiyasi muammolari instituti laboratoriya mudiri Sergey Morozov "Fan va hayot" muxbiri Tatyana Ziminaning savollariga javob beradi.

Ikki o'lchovli uglerod materialini olish g'oyasi qanday paydo bo'ldi? Nima bilan bog'liq holda? Ushbu uglerod shaklidan biron bir noodatiy xususiyatlarni kutganmisiz?

Dastlab bizning maqsadimiz yarim metalldan ikki o‘lchamli material yasash emas, balki dala effektli tranzistor yasashga harakat qilgan edik. Metalllar, hatto bir atom qalinligi ham bunga mos kelmaydi - ular juda ko'p erkin elektronlarga ega. Birinchidan, biz grafit kristalidan sanab o'tiladigan miqdordagi atom tekisliklarini oldik, so'ngra monatomik qatlam, ya'ni grafenga ega bo'lgunga qadar ingichka va ingichka plitalar yasay boshladik.

Grafen nazariyotchilar tomonidan uzoq vaqt davomida, XX asr o'rtalaridan boshlab ko'rib chiqildi. Ular, shuningdek, ikki o'lchovli uglerod materialining nomini ham kiritdilar. Aynan grafen nazariyotchilar uchun (eksperimental ishlab chiqarishdan ancha oldin) uglerodning boshqa shakllari - grafit, nanotubalar, fullerenlarning xususiyatlarini hisoblash uchun boshlang'ich nuqtaga aylandi. Bu, shuningdek, nazariy jihatdan eng yaxshi tasvirlangan. Albatta, hozirda eksperimental ravishda topilgan ba'zi effektlar nazariyotchilar tomonidan oddiygina hisobga olinmagan. Grafendagi elektronlar relativistik zarralar kabi harakat qiladi. Ammo relyativistik zarralar holida Xoll effekti qanday bo'lishini hech kim o'rganishni o'ylamagan edi. Biz kvant Hall effektining yangi turini kashf qildik, bu grafendagi elektron quyi tizimning o'ziga xosligini birinchi aniq tasdiqlovchilaridan biri edi. Yuqori energiya fizikasidan ma'lum bo'lgan grafenga xos bo'lgan Klein paradoksi haqida ham shunday deyish mumkin. An'anaviy yarimo'tkazgichlarda yoki metallarda elektronlar potentsial to'siqlar orqali tunnel o'tishi mumkin, ammo ehtimollik birdan sezilarli darajada kamroq. Grafenda elektronlar (relativistik zarralar kabi) hatto cheksiz yuqori potentsial to'siqlar orqali ham aks ettirmasdan kirib boradi.

Nima uchun ikki o'lchovli uglerod moddasi (grafen) xona haroratida beqaror bo'ladi deb o'ylangan? Va keyin qanday qilib uni olishga muvaffaq bo'ldingiz?

Ikki o'lchovli materiallarning beqarorligini ko'rsatgan nazariyotchilarning dastlabki ishlari cheksiz ideal ikki o'lchovli tizimga ishora qildi. Keyinchalik olib borilgan ishlar shuni ko'rsatdiki, ikki o'lchovli tizimda uzoq masofali tartib (bu kristal jismlarga xosdir - Ed.) hali ham cheklangan haroratda (kristal uchun xona harorati juda past harorat) mavjud bo'lishi mumkin. To'xtatilgan holatda haqiqiy grafen mukammal tekis emas, u biroz to'lqinli - undagi ko'tarilish balandligi nanometr darajasida. Ushbu "to'lqinlar" elektron mikroskopda ko'rinmaydi, ammo ularning boshqa tasdiqlari mavjud.

Agar to'g'ri tushunsam, grafen yarimo'tkazgichdir. Lekin bu erda va u erda men ta'rifni topaman - yarim metall. U qaysi materiallar sinfiga kiradi?

Yarimo'tkazgichlarda ma'lum bir kenglikdagi tarmoqli bo'shlig'i mavjud. Grafen uchun u nolga teng. Shunday qilib, uni nol tarmoqli yarimo'tkazgich yoki nol qoplamali yarim metall deb atash mumkin. Ya'ni, yarimo'tkazgichlar va yarim metallar o'rtasida oraliq pozitsiyani egallaydi.

Ommabop adabiyotda u erda va u erda boshqa ikki o'lchovli materiallar haqida gap boradi. Sizning guruhingiz shulardan birini olishga harakat qildimi?

Grafenni olgandan keyin bir yil o'tgach, biz boshqa qatlamli kristallardan ikki o'lchovli materiallar oldik. Bular, masalan, bor nitridi, ba'zi dikalkogenidlar va yuqori haroratli o'ta o'tkazgich Bi-Sr-Ca-Cu-O. Ular grafenning xususiyatlarini takrorlamadilar - ularning ba'zilari odatda izolyatorlar edi, boshqalari juda past o'tkazuvchanlikka ega edi. Dunyo bo'ylab ko'plab tadqiqot guruhlari ikki o'lchovli materiallarni o'rganmoqda. Biz hozirda grafen tuzilmalari uchun substrat sifatida bor nitrididan foydalanmoqdamiz. Ma'lum bo'lishicha, bu grafenning xususiyatlarini tubdan yaxshilaydi. Bundan tashqari, agar kompozit materiallarni yaratish uchun grafendan foydalanish haqida gapiradigan bo'lsak, bor nitridi uning asosiy raqobatchilaridan biridir.

- Grafen ishlab chiqarishning qaysi usullari eng istiqbolli hisoblanadi?

Menimcha, endi ikkita asosiy usul mavjud. Birinchisi, sirtda ba'zi noyob tuproq metallari, shuningdek, mis va nikel plyonkalarining o'sishi. Keyin grafenni boshqa substratlarga o'tkazish kerak va ular buni qanday qilishni allaqachon o'rgandilar. Ushbu texnologiya tijorat rivojlanish bosqichiga kirmoqda.

Yana bir usul - kremniy karbidida o'sish. Ammo barcha zamonaviy elektronika qurilgan kremniyda grafenni qanday etishtirishni o'rganish yaxshi bo'lardi. Keyin grafen qurilmalarining rivojlanishi sakrash va chegaralar bilan davom etadi, chunki grafen elektronikasi tabiiy ravishda an'anaviy mikroelektronikaning funksionalligini kengaytiradi.