Нобелевскую премию по физике за 2010 год вручили двум выходцам из России — физикам Андрею Гейму и Константину Новоселову — за «революционные эксперименты, исследующие двумерное вещество графен». Год назад главный эксперт «Роснано» Михаил Попов взял для Forbes интервью у Константина Новоселова. Ученый рассказал, что такое графен, зачем он нужен и в чем заключались его революционные эксперименты.
— Костя, как вы обычно объясняете, что такое графен?
— Графен — это самая тонкая материя, которую мы когда-либо получали или получим. Бесполезно пытаться строгать и пилить в попытках создать что-то еще тоньше — этот рекорд уже никогда не побить. Наверное, в этом и состоит одно из самых интересных качеств графена, о котором после открытия все как-то очень быстро забыли. Люди бросились изучать электронные и механические свойства графена, но для меня самым удивительным осталось то, что мы обладаем материалом, который не только абсолютно тонок, но и стабилен.
— И самый тонкий материал во Вселенной вы производите с помощью простой липкой ленты?
— Да, мы берем графит — на худой конец можно даже и грифель из карандашей, но лучше взять кусок качественного графита. Графит — очень слоистый материал, от него легко отщепляются тонкие пластины, но никто почему-то не задумывался, что можно снять ровно один атомный слой. Использовать скотч для разделения слоев материала — тоже не наша идея. Это стандартный способ подготовки гладких образцов графита для сканирующей туннельной микроскопии. Разница в том, что всех интересовал массив графита, у которого после такой операции образовывалась гладкая поверхность, а скотч и все что к нему прилипло, просто выбрасывали. За то что мы его подобрали и исследовали, нас назвали garbage scientists — мусорными учеными. Метод липкой ленты нам очень нравится, поскольку позволяет очень быстро и без больших затрат получать образцы для исследований. Но сейчас идет бесконечно быстрый прогресс других технологий получения графена. Если год назад я был скептически настроен по поводу его применений, особенно в электронике, то сейчас это становится вполне реальным бизнесом.
— Кусок графена какой величины вы можете получить?
— Сейчас около 1 кв. мм. Некоторые из предложенных способов обещают квадратные сантиметры, но я не могу ручаться за качество. Впрочем, прогресс идет настолько быстро, что мы можем ожидать серьезного прорыва уже в скором времени. Квадратные сантиметры абсолютно реальны.
— Как вообще появился графен?
— Андрей Гейм научил меня часть рабочего времени обязательно уделять так называемым Friday evening experiments — пятничным экспериментам на скорую руку, которые то ли получатся, то ли нет. Сам Гейм, например, лягушку левитировал (за опыты по подвешиванию лягушки в магнитном поле Андрей Гейм получил в 2000 году «Игнобелевскую премию», присуждаемую за открытия, которые «сначала заставляют смеяться, а потом задуматься». — Forbes).
(фото: by Lijnis Nelemans, High Field Magnet Laboratory, Radboud University Nijmegen)
Графен тоже начался с такого пятничного эксперимента. Мы совершено не думали, что будем этим заниматься долгое время. Вначале Андрей собирался сделать тонкие слои висмута, потом переключились на графит. Взяли китайского студента, дали ему кусок хорошего графита и задание сделать его как можно тоньше. Он допилил его до 50 микрон, дальше графит крошился в пыль. Решение пришло, когда я наблюдал за работой специалиста соседней лаборатории, который налаживал нам сканирующий туннельный микроскоп. Я увидел, как он отщепляет графит скотчем, подобрал этот скотч и буквально в тот же день получил образец, который стал проявлять ожидаемые свойства — его проводимость зависела от приложенного поля.
— Вы верите в революцию, которую графен может совершить в электронике?
— Правильный вопрос: сдаст ли кремний свои позиции? И это вопрос не ко мне, а к тем, кто занимается кремнием. Я знаю, что графеном занимаются все ведущие фирмы. Наши студенты открыли компанию Graphene Industries по производству графена, и их основные покупатели — компании ряда IBM, Samsung и Intel. Есть масса других приложений графена, которые, может быть, даже более интересны, чем электроника, в смысле замены кремния. Например, сверхбыстрые высокочастотные транзисторы. Рабочие опытные образцы из графена появились полгода назад и уже демонстрируют рекордные показатели. Такие транзисторы востребованы, например, в приемниках и передатчиках для мобильной связи. Люди обманываются, когда говорят, что кремниевая технология подходит к концу и нужен новый материал. Кремниевая технология в самом деле подходит к концу, но не из за кремния, а из-за того, что мы не знаем, как дальше уменьшать размеры. Перед графеном встанут те же проблемы. Когда мы упремся в предел, нужно будет выдумывать что-то новое, и для кремния, и для графена. Если получится что-нибудь из этого — прекрасно. Не получится — у нас было несколько лет хорошего фана.
— Сколько людей в мире сейчас занимаются прикладными исследованиями графена?
— Прототипы устройств на его базе сейчас пытаются делать многие, может быть, 10-20 сильных лабораторий в мире. Высокочастотные транзисторы и другие близкие к практике приложения уже ушли из академических лабораторий в фирмы и к военным. Лидер сейчас, наверное, IBM. Есть еще HRL, которые сотрудничают с оборонными лабораториями в США. Графен поглощает только 2% света, и в нем заинтересованы производители дисплеев и солнечных батарей, которым важно получить проводящий слой максимальной прозрачности. Технологии получения графена для таких применений уже есть. Графен уже используется в микробиологии и биохимии как подложка для электронной микроскопии белков, которая обладает сразу несколькими ценными качествами: слабо поглощает электроны, проводит электрический ток и не искажает форму белковой молекулы.
— А что вы сейчас делаете в рамках Friday evening experiments? Какие темы интересуют?
— Они в основном посвящены графену. Главное, что я хочу сделать, — свернуть из графена оригами, сделать какую-нибудь новую топологию. Интересно также поведение других веществ в экстремально тонких пленках. Хоть я и говорю, что графен — самый тонкий материал во Вселенной, нет препятствий к тому, чтобы сделать подобные тонкие материалы из других атомов. Их свойства также абсолютно не изучены, можно быть уверенным только в том, что они интересны.
— Если вы с Геймом вдруг решите бросить графен и заняться чем-то еще, как быстро сможете это сделать?
— В течение получаса. Надоест заниматься графеном — перестанем им заниматься. Нас нельзя назвать заложниками этой темы. Очень сложно объяснить, чем мы занимаемся в своей лаборатории. У нас даже табличка на двери лаборатории с орфографической ошибкой. Пусть люди видят, что мы занимаемся не скучными вещами. Мне бесконечно нравится графен, потому что это, наверное, самый демократичный материал. Его исследуют везде — от Пакистана до Чили. Если раньше исследованиями дробного квантового эффекта Холла (описывает поведение электронов в сильных магнитных полях) могли заниматься только две лаборатории в мире, сейчас его можно изучать любая физическая лаборатория. Графен, как полковник Кольт, уравнял людей в правах.
— Вы занимаетесь коммерциализацией своих открытий?
— Мы заканчиваем свои исследования задолго до того, как начинается коммерциализация. Когда к нам обращаются представители компаний, мы обычно перенаправляем их в фирму, созданную нашими студентами. Есть, правда, один проект, которым мы занимаемся самостоятельно. Он связан с крупной компанией, название которой я не могу раскрывать. Физика на уровне пятничного эксперимента, которая нам пока интересна.
—Скажите, как экспатриант, как вы относитесь к программе возвращения ученых из-за рубежа?
— В проектах все будут участвовать с удовольствием, и многие уже пытаются писать совместные проекты. Но смысла возвращать ученых никакого нет. Зачем изобретать велосипед и пытаться кого-то вернуть, когда во всем мире — свободное перемещение ученых. Утечку надо заменить притечкой. Замечательные физики, биологи и технологи есть не только среди русских. Если создавать науку на мировом уровне, нужно брать лучших людей, а не лучших русских. В мире, наоборот, стимулируется выезд ученых за границу, чтобы они поработали в других условиях. Например, в Голландии фонд фундаментальных исследований (FOM) с 2008 года ввел правило: если PhD финансировался этой организацией, то получить постдока в Голландии нет никакой возможности — нужно уехать из страны, где-то поработать и потом вернутся обратно. Ни в коем случае нельзя полагаться только на русские мозги, какими бы хорошими они не были, — нужно брать людей со всего мира. У нас в лаборатории, например, сейчас в одной комнате сидят британец, немец, сингапурец, индиец, китаец, пакистанец и голландец. В другой — швед, украинец, британец, китаец. Были также люди из Швейцарии, приезжают студенты из Франции, Бразилии и России.
— Чем сейчас занимаются ваши однокурсники по МФТИ?
— В физике осталось кроме меня сегодня, наверное, 1-2 человека из 60. Довольно много народу в программировании, один мой друг в Эмиратах торгует нефтью, в Германии один человек занимается физикой.