Sir Andrey Konstantinovich Geim est membre de la Royal Society, membre de l'Université de Manchester et physicien anglo-néerlandais d'origine russe. Avec Konstantin Novoselov, il a reçu le prix Nobel de physique en 2010 pour ses travaux sur le graphène. Il est actuellement professeur Regius et directeur du Centre de méso-science et de nanotechnologie de l'Université de Manchester.
Andrey Geim: biographie
Né le 21/10/58 dans la famille de Konstantin Alekseevich Geim et Nina Nikolaevna Bayer. Ses parents étaient des ingénieurs soviétiques d'origine allemande. Selon Geim, la grand-mère de sa mère était juive et il souffrait d'antisémitisme parce que son nom de famille sonne juif. Le jeu a un frère Vladislav. En 1965, sa famille s'installe à Nalchik, où il étudie dans une école spécialisée en anglais. Après avoir obtenu son diplôme avec mention, il a tenté à deux reprises d'entrer au MEPhI, mais n'a pas été accepté. Puis il a postulé à l'Institut de physique et de technologie de Moscou, et cette fois il a réussi à entrer. Selon luiSelon lui, les étudiants ont étudié très dur - la pression était si forte que souvent les gens s'effondraient et abandonnaient leurs études, et certains finissaient par souffrir de dépression, de schizophrénie et de suicide.
Carrière académique
Andrey Geim a obtenu son diplôme en 1982 et en 1987, il est devenu docteur en physique des métaux à l'Institut de physique du solide de l'Académie des sciences de Russie à Tchernogolovka. Selon le scientifique, à l'époque il ne voulait pas poursuivre dans cette direction, préférant la physique des particules élémentaires ou l'astrophysique, mais aujourd'hui il est satisfait de son choix.
Game a travaillé comme chercheur à l'Institut de technologie microélectronique de l'Académie russe des sciences et, depuis 1990, aux universités de Nottingham (deux fois), Bath et Copenhague. Selon lui, il pouvait faire des recherches à l'étranger, et non s'occuper de politique, c'est pourquoi il a décidé de quitter l'URSS.
Travailler aux Pays-Bas
Andrey Geim a pris son premier poste à temps plein en 1994, lorsqu'il est devenu professeur adjoint à l'Université de Nimègue, où il a étudié la supraconductivité mésoscopique. Il a ensuite reçu la nationalité néerlandaise. L'un de ses étudiants diplômés était Konstantin Novoselov, qui est devenu son principal partenaire de recherche. Cependant, selon Geim, sa carrière universitaire aux Pays-Bas était loin d'être rose. On lui a proposé des postes de professeur à Nimègue et à Eindhoven, mais il l'a refusé car il trouvait le système universitaire néerlandais trop hiérarchisé et plein de petites politicailleries, il est complètement différent du système britannique, où chaque employé est égal en droits. Dans sa conférence Nobel, Game a déclaré plus tard que cette situation était un peu surréaliste, car en dehors des murs de l'université, il était chaleureusement accueilli partout, y compris son superviseur et d'autres scientifiques.
Déménager au Royaume-Uni
En 2001, Game est devenu professeur de physique à l'Université de Manchester et, en 2002, il a été nommé directeur du Manchester Center for Meso-Science and Nanotechnology et professeur Langworthy. Sa femme et collaboratrice de longue date Irina Grigorieva a également déménagé à Manchester en tant que professeur. Plus tard, Konstantin Novoselov les a rejoints. Depuis 2007, Game est Senior Fellow au Engineering and Physical Science Research Council. En 2010, l'Université de Nimègue l'a nommé professeur de matériaux innovants et de nanosciences.
Recherche
Game a trouvé un moyen simple d'isoler une seule couche d'atomes de graphite, appelée graphène, en collaboration avec des scientifiques de l'université de Manchester et de l'IMT. En octobre 2004, le groupe a publié ses découvertes dans la revue Science.
Le graphène est constitué d'une couche de carbone dont les atomes sont disposés sous la forme d'hexagones bidimensionnels. C'est le matériau le plus fin au monde, ainsi que l'un des plus solides et des plus durs. La substance a de nombreuses utilisations potentielles et constitue une excellente alternative au silicium. L'une des premières utilisations du graphène pourrait être le développement d'écrans tactiles flexibles, a déclaré Geim. Il n'a pas breveté le nouveau matériau car il nécessiterait une certaineportée et partenaire dans l'industrie.
Le physicien développait un adhésif biomimétique connu sous le nom de gecko tape en raison de l'adhérence des membres du gecko. Ces études en sont encore à leurs débuts, mais laissent déjà espérer qu'à l'avenir, les gens pourront escalader des plafonds comme Spider-Man.
En 1997, Game a étudié les effets du magnétisme sur l'eau, ce qui a conduit à la célèbre découverte de la lévitation diamagnétique directe de l'eau, qui est devenue largement connue grâce à la démonstration d'une grenouille en lévitation. Il a également travaillé sur la supraconductivité et la physique mésoscopique.
Sur le choix des sujets de sa recherche, Game a déclaré qu'il méprisait l'approche de beaucoup choisissant un sujet pour leur doctorat et continuant ensuite le même sujet jusqu'à la retraite. Avant d'obtenir son premier poste à temps plein, il a changé cinq fois de matière et cela l'a beaucoup aidé à apprendre.
Dans un article de 2001, il a nommé son hamster bien-aimé Tisha comme co-auteur.
Histoire de la découverte du graphène
Un soir d'automne en 2002, Andrey Geim pensait au carbone. Il s'est spécialisé dans les matériaux microscopiquement fins et s'est demandé comment les couches de matière les plus fines pouvaient se comporter dans certaines conditions expérimentales. Le graphite, composé de films monoatomiques, était un candidat évident pour la recherche, mais les méthodes standard pour isoler des échantillons ultra-minces le surchaufferaient et le détruiraient. Alors Game a assigné l'un des nouveaux étudiants diplômés, Da Jiang,essayez d'obtenir un échantillon aussi mince que possible, même quelques centaines de couches d'atomes, en polissant un cristal de graphite d'une taille d'un pouce. Quelques semaines plus tard, Jiang apporta un grain de charbon dans une boîte de Pétri. Après l'avoir examiné au microscope, Game lui a demandé de réessayer. Jiang a dit que c'était tout ce qui restait du cristal. Alors que Game lui reprochait en plaisantant d'avoir essuyé une montagne pour obtenir un grain de sable, un de ses aînés aperçoit dans la corbeille à papier des amas de scotch usagé dont la face collante est recouverte d'une pellicule grise et légèrement brillante de résidus de graphite.
Dans les laboratoires du monde entier, les chercheurs utilisent du ruban adhésif pour tester les propriétés adhésives d'échantillons expérimentaux. Les couches de carbone qui composent le graphite sont liées de manière lâche (depuis 1564, le matériau est utilisé dans les crayons, car il laisse une marque visible sur le papier), de sorte que le ruban adhésif sépare facilement les écailles. Game a placé un morceau de ruban adhésif sous un microscope et a constaté que l'épaisseur du graphite était plus mince que ce qu'il avait vu jusqu'à présent. En pliant, pressant et séparant le ruban, il a réussi à obtenir des couches encore plus fines.
Game a réussi à isoler pour la première fois un matériau bidimensionnel: une couche monoatomique de carbone qui, au microscope atomique, ressemble à un réseau plat d'hexagones, rappelant un nid d'abeilles. Les physiciens théoriciens ont appelé une telle substance graphène, mais ils n'ont pas supposé qu'elle pouvait être obtenue à température ambiante. Il leur sembla que la matière allait se désintégrer en boules microscopiques. Au lieu de cela, Game a vu que le graphène restait dans unplan qui ondule lorsque la matière se stabilise.
Graphène: des propriétés remarquables
Andrei Game a demandé l'aide de l'étudiant diplômé Konstantin Novoselov, et ils ont commencé à étudier une nouvelle substance quatorze heures par jour. Au cours des deux années suivantes, ils ont mené une série d'expériences au cours desquelles ils ont découvert les propriétés étonnantes du matériau. En raison de sa structure unique, les électrons, sans être influencés par d'autres couches, peuvent se déplacer à travers le réseau sans entrave et à une vitesse inhabituelle. La conductivité du graphène est des milliers de fois supérieure à celle du cuivre. La première révélation de Game a été l'observation d'un "effet de champ" prononcé qui se produit en présence d'un champ électrique, ce qui permet de contrôler la conduction. Cet effet est l'une des caractéristiques déterminantes du silicium utilisé dans les puces informatiques. Cela suggère que le graphène pourrait être un substitut que les fabricants d'ordinateurs recherchent depuis des années.
Le chemin de la reconnaissance
Game et Konstantin Novoselov ont écrit un article de trois pages décrivant leurs découvertes. Il a été rejeté deux fois par Nature, un critique affirmant qu'il était impossible d'isoler un matériau bidimensionnel stable, et un autre n'y voyant pas "de progrès scientifique suffisant". Mais en octobre 2004, un article intitulé "Electric Field Effect in Atomically Thick Carbon Films" a été publié dans la revue Science, faisant une grande impression sur les scientifiques - sous leurs yeux, la fantaisie est devenue réalité.
Une avalanche de découvertes
Des laboratoires du monde entier ont commencé des recherches en utilisant la technique du ruban adhésif de Geim, et les scientifiques ont identifié d'autres propriétés du graphène. Bien qu'il s'agisse du matériau le plus fin de l'univers, il était 150 fois plus résistant que l'acier. Le graphène s'est avéré malléable, comme le caoutchouc, et pouvait s'étirer jusqu'à 120 % de sa longueur. Grâce aux recherches de Philip Kim, puis de scientifiques de l'Université de Columbia, il a été découvert que ce matériau est encore plus conducteur d'électricité qu'auparavant. Kim a placé le graphène dans un vide où aucun autre matériau ne pouvait ralentir le mouvement de ses particules subatomiques, et a montré qu'il avait une "mobilité" - la vitesse à laquelle une charge électrique traverse un semi-conducteur - 250 fois plus rapide que le silicium.
Course technique
En 2010, six ans après la découverte faite par Andrei Geim et Konstantin Novoselov, le prix Nobel leur a finalement été décerné. À cette époque, les médias qualifiaient le graphène de "matériau miracle", une substance qui "pourrait changer le monde". Il a été approché par des chercheurs universitaires dans les domaines de la physique, de l'électrotechnique, de la médecine, de la chimie, etc. Des brevets ont été délivrés pour l'utilisation du graphène dans les batteries, les écrans flexibles, les systèmes de dessalement de l'eau, les cellules solaires avancées, les micro-ordinateurs ultra-rapides.
Des scientifiques en Chine ont créé le matériau le plus léger au monde: l'aérogel de graphène. Il est 7 fois plus léger que l'air - un mètre cube de matière ne pèse que 160 g. L'aérogel de graphène est créé par lyophilisation d'un gel contenant du graphène et des nanotubes.
À l'Université de Manchester,où travaillent Game et Novoselov, le gouvernement britannique a investi 60 millions de dollars pour créer l'Institut national du graphène sur sa base, ce qui permettrait au pays d'être à égalité avec les meilleurs détenteurs de brevets au monde - la Corée, la Chine et les États-Unis, qui ont commencé le course pour créer les premiers produits révolutionnaires au monde basés sur de nouveaux matériaux.
Titres et récompenses honorifiques
Une expérience de lévitation magnétique d'une grenouille vivante n'a pas donné tout à fait le résultat escompté par Michael Berry et Andrey Game. Le prix Ig Nobel leur a été décerné en 2000
En 2006, Game a reçu le prix Scientific American 50.
En 2007, l'Institut de physique lui a décerné le prix et la médaille Mott. Dans le même temps, Game a été élu membre de la Royal Society.
Game et Novoselov se sont partagé le Prix Europhysique 2008 "pour la découverte et l'isolement de la couche monoatomique de carbone et la détermination de ses remarquables propriétés électroniques". En 2009, il a reçu le Kerber Award.
Le prix Andre Geim John Carthy 2010 de l'Académie nationale des sciences des États-Unis a été décerné "pour sa réalisation expérimentale et son étude du graphène, une forme bidimensionnelle du carbone".
Toujours en 2010, il a reçu l'un des six postes de professeur honoraire de la Royal Society et la médaille Hughes "pour la découverte révolutionnaire du graphène et de ses propriétés remarquables". Geim a reçu des doctorats honorifiques de l'Université de technologie de Delft, ETH Zurich, UniversitésAnvers et Manchester.
En 2010, il a reçu l'Ordre du Lion des Pays-Bas pour ses contributions à la science néerlandaise. En 2012, pour ses services à la science, Game a été promu chevalier célibataire. Il a été élu membre correspondant étranger de l'Académie des sciences des États-Unis en mai 2012
Lauréat du prix Nobel
Game et Novoselov ont reçu le prix Nobel de physique 2010 pour leurs travaux pionniers sur le graphène. En entendant parler de ce prix, Game a déclaré qu'il ne s'attendait pas à le recevoir cette année et qu'il n'envisageait pas de modifier ses plans immédiats. Un physicien moderne a exprimé l'espoir que le graphène et d'autres cristaux bidimensionnels changeront la vie quotidienne de l'humanité de la même manière que le plastique. Ce prix a fait de lui la première personne à remporter à la fois le prix Nobel et le prix Ig Nobel. La conférence a eu lieu le 8 décembre 2010 à l'Université de Stockholm.
