Одним из главных принципов уникальной «системы Физтеха», заложенной в основу образования в МФТИ, является тщательный отбор одаренных и склонных к творческой работе представителей молодежи. Абитуриентами Физтеха становятся самые талантливые и высокообразованные выпускники школ всей России и десятков стран мира.

Студенческая жизнь в МФТИ насыщенна и разнообразна. Студенты активно совмещают учебную деятельность с занятиями спортом, участием в культурно-массовых мероприятиях, а также их организации. Администрация института всячески поддерживает инициативу и заботится о благополучии студентов. Так, ведется непрерывная работа по расширению студенческого городка и улучшению быта студентов.

Адрес e-mail:

Нобелевский лауреат предложил в Москве новый способ определения числа «пи»

1 ноября Физтех посетил лауреат Нобелевской премии Константин Новоселов. Он рассказал не только о графене, но и о своей жизни, попутно предложив новый способ определения числа «пи».

В стенах родного института Новоселов рассказал новые подробности о своей работе

Лекция нобелевского лауреата была прочитана в концертном зале МФТИ. Отвечая позже на вопросы о том, каково было вернуться в родной институт после продолжительного отсутствия, Новоселов сказал, что специально отказался от предложения доехать до Долгопрудного на машине. Как и в студенческие годы, он поехал на электричке от Савеловского вокзала до Новодачной. Платформы, название которой иногда закрашивают краской и пишут поверх: «Физтех».

Слайды к часовой лекции на тему графена (или «графина»— как иногда получалось у Новоселова, поскольку именно так называют материал за рубежом) были на английском. Физик признался, что раньше никогда не готовил лекций на русском языке, но это не помешало яркому и интересному рассказу.

Пиратский «Аватар»— «полное дерьмо»

Графен— название «графин» в русском не прижилось из-за очевидных ассоциаций с предметом посуды— материал, существование которого практически не вписывается в законы природы. Новоселов, отойдя от традиции начинать презентацию со скучных формул, начал неожиданным слайдом, на котором рассказывалось про один из футбольных матчей «Манчестера» 31 января.

- Чем примечательно? Во-первых, тем, что мы выиграли 3:1 (смех в зале), а во-вторых, тем, что это был первый матч, который транслировался в 3D-формате в нескольких спортивных барах. Другое событие, которое произошло примерно в это же время,— выход «Аватара».

На экране появился постер к фильму, в зале, который ожидал скорее очередного изображения графеновых сот, снова засмеялись.

- Мнения о фильме разделились. Те, кто смотрел пиратскую версию, сказали, что это полное дерьмо. Те, кто пошли в кинотеатр, говорили о потрясающем зрелище. Это еще один аргумент в пользу того, что наш мир трехмерен и нам очень хочется, чтобы вот эта плоская картинка была трехмерной.

Далее началась собственно физика графена. Заставить атомы и молекулы образовывать двумерную структуру крайне сложно из-за тепловых колебаний. Тепловые колебания совершаются во всех направлениях: вперед, назад, вправо, влево, вверх и вниз. Для них нет предпочтительной плоскости, и потому вырастить двухмерный кристалл оказывается невозможным.

Однако, продолжил Новоселов, природу можно обмануть. Можно взять готовый кристалл графита и отделить от него самый верхний слой. При комнатной температуре энергии тепловых колебаний недостаточно для того, чтоб разрушить плоский лист толщиной всего в один атом, поэтому графен оказывается стабильным.

Физика высоких энергий в карандашной пыли

Была в лекции и совсем серьезная физика. Новоселов рассказал о том, что если обычно поведение электронов описывается уравнением Шредингера, то в графене движение носителей заряда описывается более сложной математикой. Характерной, как это ни парадоксально звучит, для физики высоких энергий.

Разница между энергией электронов в веществе и пучком частиц в коллайдере— миллиарды раз. Но математически электронные свойства графена описываются уравнениями, написанными именно для описания частиц высоких энергий. Из этих уравнений, в частности, следует очень высокая подвижность носителей заряда в графене, способность их проходить без рассеяния на атомах большое расстояние.

Высокая, на порядок (т.е. в 10 раз), подвижность означает высокую перспективность материала для микроэлектроники.

Один пиксель будущего

Что уже есть? Отвечая на этот вопрос, Новоселов прежде всего озвучил три пункта.

- Во-первых, графен создает рабочие места нам. Два наших сотрудника открыли компанию по производству графена, так что минимум два рабочих места мы создали. Во-вторых, его показывают в сериале The Big Bang Theory— то есть он используется в индустрии развлечений. В-третьих, во Флориде есть улица Графен, так что он используется на рынке недвижимости. Дома там, правда, так себе— но ничего, жить можно.

После этой шутки последовал рассказ и о серьезных разработках. Коммерческое применение самому тонкому в мире материалу уже нашлось, его покупают не только для исследования свойств самого графена. Из листочков графена делают своего рода «предметные стекла» для электронных микроскопов. На графен кладут отдельные вирусы или молекулы, а потом размещают в микроскопе, просвечивающем образец пучком электронов.

Кроме того, графен хорошо растягивается. Ни один известный кристалл, как сказал Новоселов, нельзя растянуть на 20%— поэтому из графена получаются прекрасные датчики растяжений и изгибов. Это еще одно уже реальное, а не гипотетическое применение материала.

А если говорить о будущем, то группе Андрея Гейма и Константина Новоселова удалось сделать устройство, которое является не чем иным, как одним пикселем жидкокристаллического экрана на графеновой основе. Конечно, это еще не 30-дюймовая плазменная панель, но все-таки вполне работоспособное устройство.

Фундаментальные проблемы

Рассчитывать на быструю замену кремния на графен не стоит, считает ученый. Причин тому несколько: например, из графена очень сложно сделать точный аналог кремниевых транзисторов. Из-за квантовых свойств двухмерных кристаллов нельзя просто получить устройство, которое было бы абсолютно не способно пропускать ток (напомним, что обычный транзистор как раз либо пропускает ток, либо разрывает цепь).

Эта проблема в принципе решается за счет целенаправленного создания точечного дефекта в листе графена на атомном уровне, ученым уже удалось создать так транзистор размером всего 1 нм— но ценой нескольких дней напряженной работы. Что, естественно, не годится для промышленного производства микросхем, внутри которых будут сотни миллионов транзисторов.

Для сравнения

 

Один нанометр— это примерно 10 атомов. В современных процессорах используется 45- и 32-нм технология; к 2015 году возможен переход к 15–18 нм. Рано или поздно уменьшать размеры вычислительных устройств станет невозможным из-за принципиальных ограничений: из одного атома транзистора или конденсатора не сделать.

О бумажной работе

Рассказывая о технологических перспективах графена, Новоселов отметил, что техника работы с этим материалом уже достаточно хорошо развита. Он пояснил, что листы графена можно резать (прожигая их в нужных местах), и этот процесс называют на жаргоне «вырезанием из бумаги».

Можно и менять химический состав вещества, добавляя к нему атомы других элементов, такие операции носят название «раскрашивания бумаги»— сочетание с фигурной резкой уже дает возможность делать очень сложные композиции, способные стать основой для микроэлектронных устройств.

О цвете графена и числе «пи»

История открытия графена, о которой после лекции отдельно попросили рассказать Константина Новоселова, началась с традиции «пятничных экспериментов». В ходе таких опытов, которые не всегда были напрямую связаны с тематикой лаборатории, Андрей Гейм уже как-то заставил летать лягушек в мощных магнитных полях (Игнобелевская премия 2000 года), а однажды исследователи решили поэкспериментировать с тонкими углеродными листами.

Кусочек особо чистого графита, отданный на шлифовку китайскому аспиранту, превратился в тонкую пыль— но без какого-либо толка: «Жаль, материал был дорогой, самый лучший купил». После этого ученые вспомнили о том, что графит для опытов чистят обычным скотчем, приклеивая и отдирая: на скотч прилипает тонкий слой, обнажая ровный срез. Взяв использованные куски скотча, то есть практически лабораторный мусор, удалось в тот же день сделать и первые транзисторы на графене! Правда, как честно сказал физик, транзисторы довольно плохие. Еще год ушел на детальное изучение свойств нового материала.

Неожиданностью стали оптические свойства графена. Плоский лист толщиной в один атом оказался не идеально прозрачным, а задерживающим около 2,3% света— примерно как хорошее оконное стекло! Как признался ученый, ничего подобного они не ждали, хотя позже оптическим свойствам графена нашлось строгое математическое объяснение. На котором Новоселов остановился отдельно: дело в том, что коэффициент поглощения графена (те самые 2,3%) определяется формулой, куда входят только универсальные константы. Если число «пи» умножить на постоянную тонкой структуры (фундаментальная константа квантовой механики), то получится именно параметр графена.

- Таким образом, если вы знаете постоянную тонкой структуры из каких-то иных опытов, то, померив прозрачность графена, можно узнать и число «пи» с высокой точностью!

Конечно, это была шутка (численные методы позволяют считать «пи» с точностью хоть до десятков миллионов знаков). А из показанных ученым графиков следовало и то, что графен будет серым— он равномерно задерживает лучи света всех длин волн.

О шахтах и черном рынке

Новоселов пролил свет и на историю черного рынка. Оказывается, это выражение пошло от подпольной торговли графитом после его обнаружения в 1564 году. Ценный минерал нашли в шахте рядом с Манчестером (где работает физик), и сразу же шахта была закрыта. Ее открывали лишь раз в семь лет для искусственного ограничения объема производства и, как следствие, повышения цен на графит. Полкило графита стоили как недельный заработок шахтера, и это сразу же спровоцировало массовое появление «несунов», выносящих графит из забоя.

Для борьбы с этим явлением властям пришлось ввести наказания в виде порки и годовых принудительных работ, а подпольный рынок графита получил название «черный рынок». Сейчас существует вполне легальный «серый рынок», графен производят несколько компаний на продажу; что же касается наказаний, то, как говорит Новоселов, они по-прежнему актуальны:

- Всякий, кто у нас прикасается к графену, отправляется на несколько лет работ в аспирантуру. И потом еще и публичная порка на защите.

Кстати, любопытно отметить, что один из предложенных учеными методов получения графена был потом ими встречен в Бразилии. Только уже в промышленном масштабе на графитовом руднике: бразильское предприятие производило суспензию с большим количеством графеновых чешуек в огромных количествах. Дорога, которая вела к руднику, сплошь покрыта черным слоем— слоем, в котором много плоских чешуек толщиной всего в один атом.

О дочках, ЗФТШ и сотрудничестве

В конце лекции Новоселов ответил на несколько отвлеченных от науки вопросов.

Как устроена ваша жизнь?

— Нужно поспать, поесть, а остальное время проводить в лаборатории. Я не шучу. У меня есть две годовалые дочки-близняшки, я с утра должен их помыть, проводить в садик, а потом ехать в лабораторию. 

Какие мотивы двигали вами, чтобы уехать?

— Это в принципе правильно— время от времени менять место работы. Я и сейчас думаю о смене лаборатории. На одном месте вы закисаете, надо овладевать как можно большим количеством новых техник и навыков. И в Физтехе, и в Черноголовке, и в Голландии я чему-то научился, так что это нормально для ученого. 

Какова была роль кафедры английского языка в вашей подготовке?

— У нас была замечательная преподавательница, Елена Евгеньевна. Каждый урок был просто праздник какой-то.

На Западе наука живет в университетах, а у нас отдельно. Насколько целесообразно менять сложившуюся систему?

— Университетская наука— это Британия и США. В Германии есть свои институты академические, равно как и во Франции. Система же Физтеха приближена к науке США и Великобритании, вы с третьего курса идете в реальную лабораторию и это очень важно. Это наиболее правильная система, я думаю.

 — Вы учились в ЗФТШ, Заочной физико-технической школе при МФТИ. Что скажете?

— Я там еще и преподавал. Без ЗФТШ я бы сюда не попал. Это уникальное образование и его нужно всячески поддерживать.

Планируете ли вы сотрудничать с российскими центрами? 

— Так мы уже сотрудничаем. С Черноголовкой, часть наших структур меряются у них, часть их— у нас. Мы сотрудничаем с Москвой, с Новосибирском и так далее. Но это не потому, что мы сотрудничаем именно с Россией, а потому, что тут есть достаточное количество хороших ученых. Выбирать сотрудничество по каким-то иным причинам было бы неправильно.

Есть ли в вашей лаборатории аналог пятничных экспериментов? 


— Есть, но это все вокруг графенов. Мне хотелось бы чего-то нового. Некоторые опыты провалились, некоторые мы еще будем развивать, но мне хотелось бы, чтобы они расширялись.

— Как настроение!? (последний вопрос задал кто-то, выкрикнув с задних рядов) 


– Бодрое! 


Если вы заметили в тексте ошибку, выделите её и нажмите Ctrl+Enter.

© 2001-2016 Московский физико-технический институт
(государственный университет)

Техподдержка сайта

МФТИ в социальных сетях

soc-vk soc-fb soc-tw soc-li soc-li
Яндекс.Метрика