Нанотехнологическое сообщество Нанометр, все о нанотехнологиях
на первую страницу Новости Публикации Библиотека Галерея Сообщество Объявления Олимпиада ABC О проекте
 
  регистрация
помощь
 
Виктор Принц: «Графен, отделённый нобелевскими лауреатами при помощи обычного скотча, был в сотни раз меньше сечения человеческого волоса, что не помешало исследователям присоединить к полученной невидимой плёнке шесть контактов и подробно изучить свойства этого уникального материала»

STRF.ru: Ландау ошибался

Ключевые слова:  Графен, Нобелевская премия

Опубликовал(а):  Доронин Федор Александрович

23 октября 2010

Материал подготовила: Мария Роговая.

Два года назад в интервью корреспонденту ВВС я предсказал присуждение Нобелевской премииАндрею Гейму и Константину Новосёлову, поскольку хорошо знаю эту область, – рассказывает Виктор Принц. – Эксперименты, проделанные нами в 90-х годах, когда от толщины отсоединённых плёнок в тысячу атомов мы дошли всего до двух, показали, что характеристики двумерных материалов будут кардинально отличаться от своих более объёмных «собратьев». Оставался последний шаг. Но в постперестроечной России фундаментальная наука была в загоне: учёные пытались зарабатывать деньги, решая прикладные задачи. Кроме того, из классических работ Льва Ландау следовало, что попытки получить устойчивый материал толщиной в один атом обречены. И всё-таки он отделяется и устойчив!

Многие учёные сначала говорили: «Подумаешь, отщепили какую-то шелуху!» Но, когда изобрели электричество, сначала тоже никто не понимал, как его применять. На самом же деле Гейм и Новосёлов открыли новый материал с удивительными свойствами. Вопреки традициям присуждения Нобелевской премии за прочно вошедшие в практику открытия, учёные заслужили награду поистине фантастическими перспективами. Эффекты, продемонстрированные нобелевскими лауреатами, изучали и наблюдали учёные всего мира на разных материалах, но все они проявлялись при температуре жидкого гелия (около минус 300°С) {Прим. ред.: видимо, автор использует какой - то полемический прием. Для справки, температура абсолютного нуля - "около" МИНУС 273 градусов по шкале Цельсия (без "сотых"), гелий становиться жидким "примерно" на 4 градуса выше (без "десятых"), так что погрешность в недостижимую глубину мороза составляет "около" 10%. Вполне разумное "около" для экспериметально измеряемых физических величин :-) }. А Гейм и Новосёлов показали их на графене с большей точностью при обычной комнатной температуре, сделав новый материал доступным для целого спектра практических применений.

Описание каждого из свойств графена можно начинать со слова «самый». Это самый тонкий кристалл, самый прочный (в 200 раз прочнее стали), самый гибкий – растягивается на 20-30 процентов, самый прозрачный (поглощает всего 2 процента излучения) и обладающий самой большой проводимостью и теплопроводностью. Вероятнее всего, он будет и самым дешёвым.

Если сделать из графена тент над футбольным стадионом, то конструкция будет весить меньше 1 грамма.

При помощи электронного луча в тончайшей графеновой плёнке очень просто сделать отверстие заданного размера, «выбив» нужное количество атомов из решётки. Это грандиозный шаг к упрощению механизма расшифровки ДНК: пропуская молекулу через узкое отверстие в графеновой мембране, информацию о проходящих сквозь отверстие ионах можно будет легко считывать, причём с очень высокой точностью. До недавнего времени такую технологию считывания ДНК пытались использовать на полупроводниковых и других мембранах, но из-за их толщины в десятки нанометров точность была невысока.

Скорость электронов в графене всего в 300 раз меньше скорости света и в тысячу раз больше, чем в кремнии (современном материале всей микроэлектроники), а их масса стремится к нулю. До сегодняшнего дня даже двойное увеличение рабочей частоты транзисторов, которая прямо пропорциональна подвижности электронов, требовало от разработчиков долгих лет упорной работы. Гигантская подвижность носителей заряда в графене делает его кандидатом на роль материала для сверхбыстродействующей электроники и компьютеров. В США принята военная программа, по которой к 2013 году планируется производить транзисторы на графене, работающие на частоте 500 Ггц, что существенно больше рабочей частоты кремниевых транзисторов (40 Ггц). Компания Samsung начала производство графеновых пластин на кремниевой подложке, массовый выпуск которых планируют организовать уже к 2011 году.

Графеновая плёнка не пропускает ни один газ, кроме атомарного водорода. Её легко свернуть и наполнить газом, как воздушный шар. Использовать пузырьки или многослойные графеновые плёнки с ячейками можно в качестве безопасного хранилища водородного топлива на транспорте (одна из важнейших проблем при переходе на водородную энергетику). При обработке атомарным водородом графен превращается в стабильный полупроводник – графан, а при нагреве до +300°С водород испаряется и материал снова становится графеном. Взаимодействие графена с атомами газа можно использовать как основу создания высокочувствительных сенсоров-детекторов, которые смогут «унюхать» искомое вещество на огромном расстоянии.

После растяжения материал принимает исходное состояние – ни одно твёрдое тело так не реагирует на деформацию.

Изготовленные из графена пластичные ноутбуки, мобильные телефоны и другую технику можно будет скомкать и даже швырнуть об стену безо всякого риска их сломать.

Впрочем, гибкая электроника станет лишь одним, далеко не самым ярким из применений удивительных свойств графена.

В каком-то смысле получить одноатомный слой углерода было делом техники, которая в те годы в России была недоступна. Графен, отделённый нобелевскими лауреатами при помощи обычного скотча, был в сотни раз меньше сечения человеческого волоса, что не помешало исследователям присоединить к полученной невидимой плёнке шесть контактов и подробно изучить свойства этого уникального материала. Интенсивности проделанной ими работы и срокам можно только завидовать. В таком же темпе стало развиваться это направление во всех мировых лабораториях. Ещё пять лет назад были получены кусочки графена размером 1 квадратный микрон.

Площадь получаемых графеновых плёнок за пять лет выросла в триллион раз и достигла квадратных метров.

Сотрудничество учёных из Японии и Кореи позволило разработать технологию непрерывного выращивания графена больших площадей (более 1 квадратного метра). Его выращивают на медной фольге и отсоединяют на специальных установках с крутящимися барабанами. Сейчас учёные всего мира трудятся над улучшением качества этого материала, делая его всё более однородным. В России есть всего несколько групп, работающих с углеродными монослоями. Больших успехов добились учёные из Института физики твёрдого тела РАН в Черноголовке, с которыми продолжают сотрудничать их бывшие коллеги – нынешние лауреаты Нобелевской премии. Хорошие результаты отмечены в Московском госуниверситете, Физико-техническом институте им. Иоффе, а в прошлом году качественный графен получили в Институте физики полупроводников СО РАН.

Мы несколько раз выступали с Константином Новосёловым на одних и тех же секциях на разных международных конференциях. И в первый же раз меня поразило соотношение его возраста и уровня достижений в науке. Вообще, Нобелевская премия за работы, сделанные в течение всего 5-6 лет, – это беспрецедентный результат. Но не имеет прецедентов и тот бурный интерес, который вызвали статьи будущих лауреатов у всего мирового научного сообщества. После их первой публикации в 2004 году по этой тематике ежегодно начало выходить около 1,5 тысячи научных статей, а общее количество ссылок на все их работы превысило 16 тысяч. Такой шквал исследований вполне объясним, учитывая грандиозные научные и коммерческие перспективы изучения «мира веществ малых размеров».

Наука интернациональна, поэтому мощное фундаментальное открытие Новосёлова и Гейма принадлежит всему миру, но миллиарды долларов прибыли получит та страна, где эти технологии заработают первыми.

На правах «успешного предсказателя» позволю себе назвать тему работы следующих кандидатов на Нобелевскую премию из области физики твёрдого тела. Думаю, ими станут те, кто сделает полоску-проволочку толщиной в один атом, в которой квантовые свойства полученного материала будут проявляться ещё сильнее, а следовательно, она позволит говорить о ещё большем количестве чудесных применений. На сегодняшний день минимальная ширина таких полосок составляет 20 атомов.




Комментарии
Палии Наталия Алексеевна, 23 октября 2010 19:37 
Если сделать из графена тент над футбольным стадионом, то конструкция будет весить меньше 1 грамма. - как сказал А. Гейм в своем интервью: "with one gram of graphene you can cover several football pitches (in Manchester, you know, we measure surface area in football pitches)" ( Andre Geim: in praize of graphene. Nature 7 October 2010 ).
Коваленко Артём, 23 октября 2010 20:17 
около -300оС
Владимир Владимирович, 23 октября 2010 20:57 
Так ж не так далеко, если образно и доступно!

Нормальное интервью - всем ЕГЭ-шникам понятное. Еще б самую чуточку прищура на фотографии - и полный восторг!
Коваленко Артём, 23 октября 2010 22:11 
Скорость электронов в графене всего в 300
раз меньше скорости света и в тысячу раз
больше, чем в кремнии (современном материале
всей микроэлектроники), а их масса стремится к
нулю.
в продолжение темы...
Трусов Л. А., 24 октября 2010 01:12 
около -300оС

а чего не -1000оС?
Коваленко Артём, 24 октября 2010 01:14 
тогда бы был уже твердый гелий, наверно.
Владимир Владимирович, 24 октября 2010 01:31 
Так если гелий в трубах смёрзнется, то охлаждать-то чем?
То-то! Вот и недостижимы такие температуры, и не надейтесь.
"Около" - великое слово. Не придирайтесь. Не надо пугать народ незнающий такой страшной цифрой как минус двести семьдесят три, да еще не дай Бог сотые упомянуть. Сразу почувствуют читатели, что где - то подвох есть. Флуд пошел, иным словом. Извините, не удержался - сам поучаствовал. Предлагаю на этом флуд закончить
Погосов Вальтер, 24 октября 2010 17:24 
В чем именно ошибался Ландау? Побольше конкретики, пжста.
Жень, во-первых, не -273, а -269 (кипение ж. He). Во-вторых, "-300" это, конечно, да... Но, заметим, и остальное в этой статье в том же духе. Прав Артем.
Вальтер, насколько я понимаю, Ландау в свое время теоретически доказал абсолютную нестабильность одноатомных слоев вещества.
Артем, насколько я помню статфизику, t<-273C - это, скорее, очень горячо, чем очень холодно...
Коваленко Артём, 24 октября 2010 22:18 
я бы сказал, очень неравновесно :)
Степанов Николай, 25 октября 2010 03:01 
...До Гейма и Новоселова никто из ученых не пытался получить такой кристалл, поскольку, согласно теории лауреата Нобелевской премии Льва Ландау, подобный материл невозможно удержать в устойчивом состоянии, он будет сворачиваться.

"Теория Ландау предсказывает, что получить двумерные материалы бесконечного размера невозможно. В каком-то смысле люди перестали их искать, разочарованные таким предсказанием, или в принципе никому не приходила в голову идея их создать, - рассказывает Новоселов. - Разумеется, Ландау опровергнуть тяжело. С его теорией никаких проблем нет, она работает, но в нее можно внести поправки"...
http://www.i...ID=15584807
Добавил прим. ред, чтобы больше никто ни над чем не издевался...
Коваленко Артём, 25 октября 2010 11:24 
А как же про скорость и массу электронов?
Коваленко Артём, 25 октября 2010 11:51 
Поясню вопрос. Про какую скорость и массу идет
речь (для ЕГЭ-шников объясните?)?
Вообще графен, конечно, ломает мозг даже тем,
кто вроде бы слушал физику твердого тела.
Артем, ну, ты еще спроси, в какой точке зоны Бриллюэна...
Жень, статья халтурна и неаккуратна. Что тут спорить то?
Погосов Вальтер, 25 октября 2010 12:56 
Степанов Николай 25 октября 2010 03:01

А разве графен чисто двумерен? Он ведь может гулять в третьем измерении. Собственно, об этом сами Гейм и Новоселов писали в одной из статей в Натуре. Так что по-прежнему неясно, о каких ошибках Ландау идет речь.
Погосов Вальтер, 25 октября 2010 12:58 
Кнотько Александр Валерьевич, 24 октября 2010 21:51

Александр, а ссылочкой не поделитесь? Хотелось бы почитать, что именно Ландау доказывал. Имена, пароли, явки, как говаривал наш ВВП. :)
"В каком-то смысле получить одноатомный слой
углерода было делом техники, которая в те
годы в России была недоступна."
- Как говорят их коллеги по Черноголовке,
принципиальные вещи были сделаны в России.

"Наука интернациональна, поэтому мощное
фундаментальное открытие Новосёлова и Гейма
принадлежит всему миру..."
- А авторское право? Если с компьютера
собираются брать авторские за "вожможность
проигрывть музыку".

"На правах «успешного предсказателя» позволю
себе назвать тему работы...."
- Кто угадает!?
Коваленко Артём, 25 октября 2010 15:36 
Фундаментальное открытие принадлежит всему
миру, ну а приложения - стране
первооткрывателей.
А "авторское право" - это пафосные регалии.
Палии Наталия Алексеевна, 25 октября 2010 16:21 
Наука интернациональна, поэтому мощное фундаментальное открытие Новосёлова и Гейма принадлежит всему миру - а по поводу патентования - в интервью Гейма http://www.n...10.525.html
Палии Наталия Алексеевна, 25 октября 2010 16:31 
миллиарды долларов прибыли получит та страна, где эти технологии заработают первыми.- а пока у Великобритании проблемы с финансированием науки (UK science funds in limbo, http://www.n...67894a.html)
Уважаемые Господа!

Ну и название у данной публикации. Зачем же так вводить в заблуждение читателей? Для того чтобы убедиться, что свободных двумерных структур действительно быть не может, достаточно рассчитать флуктуации в обычной модели Дебая (см., например, формулу (17) из статьи С.Ш. Рехвиашвили / Теплоемкость твердых тел фрактальной структуры с учетом ангармонизма колебаний атомов // ЖТФ. 2008. Т.78. №12. С.54-58.). Интеграл, содержащий распределение Бозе-Эйнштейна и двумерную плотность фононных состояний, расходится. Одно дело, если тонкая двумерная пленка лежит на подложке за счет, например, сил Ван-дер-Ваальса. Но совсем другое дело – это свободная двумерная пленка, которая из-за флуктуаций непременно свернется в клубок, размерность которого будет уже D>2.

Д.ф.-м.н., Серго Рехвиашвили

Коваленко Артём, 25 октября 2010 23:28 
А мне сегодня пытались доказать, что если
учесть симметрию возможных "колебаний"
графенового листа (с выходом атомов из
плоскости), то интеграл сойдется.
Погосов Вальтер, 26 октября 2010 09:25 
Коваленко Артём, 25 октября 2010 23:28

Может, и сойдется, но это уже не двумерная задача.
SmilyFox, 26 октября 2010 10:44 
Популисткая статья в духе бульварных газетенок КП или МК. ИМХО нацелена она отнюдь не на освещение замечательных свойств графена. Очевидно, что после прочтения мы должны лопаться от гордости за россию, из которой все нобелевские лауреаты уже сбежали за границу
Коваленко Артём, 26 октября 2010 12:25 
Все-таки графен - двумерный или трехмерный
проводник?
Артем, терхмерные колебания графенового листа - это понятно, а вот проводимость то как там может быть трехмерной?
Коваленко Артём, 26 октября 2010 13:18 
Ох, ну и трудно же быть дилетантом.
Просто не понимаю:
то, что говорили Ландау и Пайерлс, относилось к
структурам в каком смысле "двумерным"?
Ясно, что пространтсво и атомы в нем вообще как
минимум трехмерны.
Артем,
если учитывать как продольную, так и поперечную поляризацию фононов, то в этом смысле графен будет являться трехмерным. Тоже самое можно сказать и об электрон-фононном взаимодействии, т.е. фактически об электропроводности. Трехмерный аспект здесь, по-видимому, найти можно, если захотеть . С математической точки зрения истинно двумерным объектом является плоскость нулевой толщины. Возможно, что графен более правильно назвать квазидвумерным (как и достаточно тонкую область под затвором МОП-транзистора).

Серго Р.

Коваленко Артём, 26 октября 2010 15:27 
Большое спасибо!
Артюхов Василий Игоревич, 26 октября 2010 17:47 
Ничего такого из работ Ландау и Пайерлса,
разумеется, не следовало. Ладнавшиц, том 5,
параграф 137, в самом конце, после (137,11):
расходимость интеграла всего лишь
логарифмическая, поэтому теорема работает
только для бесконечно больших образцов. То же
самое касается теоремы Мермина-Вагнера. См.
также http://metam...11/23/flat-
graphene-is-stable-even-in-theory/. Рипплы это
хорошо, но графен вполне стабилен и без них.
Василий Игоревич, с какого, по-вашему, числа атомов это число может считаться бесконечным? И какая площадь графенового листа этому числу соответствует?
Палии Наталия Алексеевна,
пытались запатентовать, но не сделали по
разумной причине.
Есть другое интервью того же автора на ту же тему: Тут
Палии Наталия Алексеевна, 27 октября 2010 17:05 
Александр Иванович, вы дали ссылку не на интервью А.Гейма, а на интервью В.Принца. (Я же привела ссылку на интервью Нобелевского лауреата журналу Nature еще и потому, что на НАНОМЕТРе живо обсуждалась проблема показателей показателей научной деятельности: количество статей, цитирований и патентов, в том числе и у студентов; см. комментарии к Библиотека. Газета "Московский Университет" (интервью зам. декана ФНМ МГУ В.И.Путляева) http://www.n...217939.html) .
Евгений Иванович, по вполне разумной причине, а вот студентам - нужно патентовать (см. ссылку)
Палии Наталия Алексеевна, 27 октября 2010 17:14 
А счастливчики, которые попадут на лекцию К.Новоселова в МФТИ ( На Физтехе состоится лекция Нобелевского лауреата Константина Новоселова:"1 ноября в 19:00 в Концертном зале МФТИ состоится лекция Константина Новоселова «Физика двумерных систем» - «Materials in the Flatland». В рамках лекции Константин поделится со слушателями историей открытия графена, расскажет, как пришла идея использовать скотч, и о дальнейших перспективах развития своего открытия.") смогут задать лектору так волнующий всех участников обсуждения вопрос.
Товарищи: обратите внимание на ДРУГОЕ интервью автора, в интервью, которое выше, все адаптировано благодаря просьбам редакции к нулевому уровню знаний, НАВЕРНЯКА, и название придумали в редакции, как обычно... Отсюди и минус 300 и пр.
Жень, -300С там, и правда, нет, но скорость и нулевая масса электронов остались...
Трусов Л. А., 27 октября 2010 22:50 
все адаптировано благодаря просьбам редакции к нулевому уровню знаний

примерно к минус трёхсотому уровню
Владимир Владимирович, 28 октября 2010 03:24 
XXX
(см. ниже)
Палии Наталия Алексеевна, 28 октября 2010 14:34 
"Вопреки традициям присуждения Нобелевской премии за прочно вошедшие в практику открытия, учёные заслужили награду поистине фантастическими перспективами" - и они своим примером вдохновили других, продемонстрировав возможность работать с моноатомными слоями, изучать свойства; вдохновили не только физиков, но и химиков, см. Monolayer of platinum atoms on a tungsten carbide support catalyzes the electrolytic production of hydrogen effectively and cheaply (Angewandte Chemie International Edition. Nr. 38/2010 October 15, 2010 http://onlin...8press.html).
Kli Aleks B, 29 октября 2010 19:59 
Все отлично написано, так что приятно читать.
Кому не нравится, почитаете у Доронина Федора Александровича автореферат на кандидатскую - и там отзывы напишите.
Владимир Владимирович, 30 октября 2010 06:21 
Коль скоро "приятное" не смешивается с "полезным" - то и замечательно!

Для того чтобы оставить комментарий или оценить данную публикацию Вам необходимо войти на сайт под своим логином и паролем. Зарегистрироваться можно здесь

 

Фракталы GeO2
Фракталы GeO2

Перст-дайджест
В новом выпуске бюллетеня «ПерсТ»: Броуновское движение скирмионов.Растягиваем графен правильно. Красное вино, кофе и чай помогают создавать материалы для гибкой носимой электроники. Металлическая природа кремния и углерода.

К 2023 году российские химики могут занять 4-е место в мире
Эксперты отметили рост числа научных публикаций отечественных ученых и сообщили, что к 2023 году российские химики могут занять 4-е место в мире по публикационной активности.
27 – 29 ноября в рамках юбилейных мероприятий Химического факультета МГУ и торжественной церемонии закрытия Международного года Периодической таблицы химических элементов эксперты подвели итоги 2019 г.

Итоги Менделеевского Года
28 ноября в Фундаментальной библиотеке МГУ состоялось торжественное закрытие Международного года Периодической таблицы химических элементов Д.И.Менделеева.

Константин Жижин, член-корреспондент РАН: «Бор безграничен»
Наталия Лескова
Беседа с К.Ю. Жижиным, заместителем директора Института общей и неорганической химии им. Н.С. Курнакова по научной работе, главным научным сотрудником лаборатории химии легких элементов и кластеров.

Мембраны правят миром
Коллектив авторов, Гудилин Е.А.
Ученые МГУ за счет детального изучения структурных и морфологических характеристик материалов на основе оксида графена и 2D-карбидов титана, а также моделирования их свойств, улучшили методы создания мембран для широкого круга практических применений.

Лекция про Дмитрия Ивановича и Наномир на Фестивале науки
Е.А.Гудилин и др., Фестиваль науки
В дни Фестиваля науки «NAUKA 0+» на Химическом факультете МГУ ведущие ученые познакомили слушателей с самыми современными достижениями химии. Ниже приводится небольшой фоторепортаж 1 дня и расписание лекций.

Технонано

Технопредпринимательство - идея, которая принесет свои плоды при бережном культивировании и взращивании. И наша наноолимпиада, и Наноград от Школьной Лиги РОСНАНО, и проект Стемфорд, и другие замечательные инициативы - важные шаги на пути реализации этой и других идей, связанных с развитием новых высоких технологий в нашей стране и привлечением молодых талантов в эту вполне стратегическую область. Ниже приведен небольшой опрос, который позволит и нам, и вам понять, а что все же значит этот модный термин, и какова его суть.

Технопредпринимательство на марше

Мы традиционно просим вас высказать свои краткие суждения по вопросу технопредпринимательства и проектной деятельности школьников. Для нас очевидно, что под технопредпринимательством и под проектной деятельностью школьников каждый понимает свое, но нам интересно ваше мнение, заодно вы сможете увидеть по мере прохождения опроса, насколько оно совпадает или отличается от мнения остальных. Ждем ваших ответов!

О наноолимпиаде замолвите слово...

Прошла XII Всероссийская олимпиада "Нанотехнологии - прорыв в Будущее!" Мы надеемся, что нам для улучшения организации последующих наноолимпиад поможет электронное анкетирование. Мы ждем Ваших замечаний, пожеланий, предложений. Спасибо заранее!



 
Сайт создан в 2006 году совместными усилиями группы сотрудников и выпускников ФНМ МГУ.
Сайт модернизирован для ресурсной поддержки проектной деятельности учащихся в рамках ГК 16.647.12.2059 (МОН РФ)
Частичное или полное копирование материалов сайта возможно. Но прежде чем это делать ознакомьтесь с инструкцией.