Николай Горькавый – Драконоборцы. 100 научных сказок (страница 48)

– Налил воду? – удивилась Галатея.

– Да. Как признал сам Гейм: «Наливать воду в чей-либо прибор, очевидно, не есть правильный научный подход… До этого никто и не пытался проделать такую глупую вещь, хотя похожее оборудование имелось в различных местах по всему миру».

– Но почему он решился на «такую глупую вещь»? – поинтересовался Андрей.

– Это очень интересный вопрос. Часто учёный пробует что-то сделать, исходя из неясных соображений, интуиции или просто любопытства. И он должен иметь достаточную свободу и возможность следовать своей интуиции и любопытству – в этом суть научных исследований. Андрей Гейм, налив воду в мощный магнит, обнаружил, что вода не пролилась на пол, а повисла в середине зазора магнита. Это было потрясающее зрелище – шарики воды, парящие в невесомости на Земле, а не на орбитальной станции. Вода является так называемым диамагнетиком, она практически не взаимодействует с магнитным полем, и лишь приборами можно зарегистрировать слабое отталкивание диамагнетика от магнита. Человек – тоже диамагнетик, но дети часто играют с магнитами и никогда не замечают их воздействия на человеческий организм.

– Свидетельствую! – важно сказала Галатея. – Я совершенно не притягиваюсь к магнитам. И не отталкиваюсь от них.

– Ситуация меняется, когда берётся очень мощное магнитное поле. Тогда даже слабый эффект диамагнетизма становится настолько существенным, что компенсирует земную силу тяжести. Многие голландские коллеги Гейма, даже те, кто работал с сильными магнитными полями всю жизнь, были ошеломлены зрелищем парящей в магните воды, а некоторые упрямо предполагали здесь какой-то розыгрыш. Андрей Гейм, зная, что живые организмы тоже диамагнетики, заставил парить в магните живую лягушку – и фотография левитирующей лягушки стала всемирно известной. За эту работу Гейм получил в 2000 году Шнобелевскую премию – шуточную премию, которую выдают за самые бесполезные научные результаты. В 2001 году Гейм, отличавшийся чувством юмора, опубликовал в солидном физическом журнале статью о возможностях использования эффекта магнитной левитации – и соавтором статьи взял своего хомяка Тишку, замаскировав в списке авторов его звериную сущность в виде инициалов. Гейм утверждал, что хомяк внёс непосредственный вклад в эксперимент.

– Видимо, он и хомяка заставил летать внутри магнита! – неодобрительно сказала Галатея, очень любившая всяких зверьков.

– У меня тоже есть идея о возможности использования эффекта «летающей лягушки Гейма»! – сказал Андрей. – Можно построить на таком принципе противоперегрузочное магнитное кресло для космонавтов или лётчиков. Обычное кресло толкает пилота в спину, причиняя ему боль при высоких перегрузках. Если сильное магнитное поле будет ускорять не только поверхность тела пилота, а весь объём его диамагнитного тела, то уровень переносимых перегрузок станет гораздо выше. Можно будет запускать космические пилотируемые корабли с большим ускорением с помощью лунной катапульты.

– Неплохая идея! – удивлённо посмотрела на сына Дзинтара. – Я рада, что ты серьёзно отнесся к таким несерьёзным экспериментам. Это правильный подход.

Галатея ревниво покосилась на брата, который расцвёл довольной улыбкой.

– Гейм полюбил ставить всякие интересные и необычные опыты, которые он стал называть «эксперименты по пятничным вечерам». Он говорил: «Новые ошибки лучше старого занудства». В 1999 году в лабораторию Гейма прибыл Константин Новосёлов, уроженец уральского города Нижний Тагил и тоже выпускник Московского физтеха. Они стали работать вместе. В 2001 году Гейм переехал в Манчестерский университет, потому что его жене Ирине, тоже физику, предложили там работу. Константин тоже переселился в Манчестер, где их усилиями быстро был создан Манчестерский центр мезонауки и нанотехнологий. Осенью 2002 года в лабораторию прибыл аспирант Да Цзян, которому Гейм поручил создать настолько тонкую плёнку графита, насколько это вообще возможно. Дело в том, что Гейм давно интересовался вопросом: как влияет внешнее электрическое поле на проводимость разных веществ? Это влияние было значительно для полупроводников, что широко использовалось в электронике, но для других веществ эффект внешнего электрического поля был малозаметен. Учёному захотелось исследовать это влияние на примере графита, электронные свойства которого были мало изучены. Аспирант приступил к полировке графитовой пластины, но та крохотная пластинка, которую ему удалось выточить из целого куска графита, была слишком толстой для использования в эксперименте. Гейм ворчал о горе, которую приходилось шлифовать до песчинки.

В лаборатории работало несколько человек, каждый занимался своим делом, но слышал, о чём говорят другие. Олег Шкляревский из Харькова услышал ворчание Гейма и пришёл на помощь. Чтобы получить свежий слой графита, к образцу обычно приклеивали липкую ленту, отрывали её и выбрасывали. Олег достал из мусорной корзины такую ленту со следами графита и показал её Гейму. Тот посмотрел на неё в микроскоп и обнаружил чешуйки гораздо тоньше, чем получались у китайского студента. Ситуация выглядела многообещающей и требовала вовлечения дополнительных людей. Олег был занят и не вызвался участвовать в ещё одном проекте, а Константин Новосёлов – вызвался. Через год с помощью этой грязной ленты скотча они получили результат, удостоенный Нобелевской премии.

– Мне кажется, что сотрудник, вытащивший ленту скотча из мусорной корзины, потом сожалел, что не вызвался добровольцем в новый проект, – сказала Галатея.

– Ты тоже можешь пожалеть, что не присматривалась к карандашным линиям, которые так любишь проводить. Ведь там тоже масса тончайших пластинок графита! – подначил Андрей сестру.

– Лента скотча оказалась исключительно полезной, но не была для Гейма, как он вспоминал, «эври-кой», то есть моментом главного открытия. За несколько дней Гейм и Новосёлов быстро нашли способ выбирать самые тонкие чешуйки графита, после чего Константин аккуратно перенёс пинцетом графитовую пластинку под микроскоп и присоединил к ней контакты из специальной проводящей серебряной пасты. Гейм отметил в своей Нобелевской лекции, что такой кристалл графита имел размер, сравнимый с сечением человеческого волоса, а толщину в 20 нанометров. Он вспоминал: «Для того чтобы пинцетом перенести такой кристалл со скотча, а затем сделать четыре близко расположенных контакта с помощью всего лишь серебряной пасты и зубочистки, требуется высочайший уровень экспериментаторского мастерства. В наше время немногие экспериментаторы имеют пальцы, достаточно ловкие для того, чтобы изготовить такие образцы».

В самом первом образце, сделанном вручную на стекле, ясно проявилось воздействие внешнего электрического поля, изменившего проводимость графитового кристалла на несколько процентов. Гейм прекрасно знал, как трудно получить такой эффект, и вспоминал свою реакцию на результат: «Я был просто шокирован. Если эти безобразного вида устройства, сделанные вручную из относительно больших и толстых пластинок, уже демонстрируют некоторое влияние внешнего поля, то что будет, думал я, если мы начнём использовать самые тонкие кристаллы и применим весь арсенал технологического оборудования? В тот момент я понял, что мы наткнулись на что-то действительно потрясающее. Вот это и была моя „Эврика!“».

Сотрудники лаборатории стали работать над новым направлением по четырнадцать часов в сутки без выходных и перерывов. В конце 2003 года статья была отправлена в журнал «Нейчэ», но была отвергнута, как не содержащая «существенного научного достижения».

– Вот так причина! – воскликнул удивлённый Андрей. – Нобелевский результат оказался несущественным!

Дзинтара вздохнула:

– Наука не свободна от субъективных суждений даже в экспериментальной области. Статья про графен, новую двумерную кристаллическую форму углерода, была опубликована в журнале «Сайенс» и принесла её авторам заслуженную славу, а в 2010 году – Нобелевскую премию. Манчестерский университет активно поддержал молодых исследователей и выстроил специально для них новый исследовательский Институт графена. Сейчас графен, мономолекулярная прочная плёнка, или первый открытый двумерный кристалл, стал объектом пристального внимания промышленников. Из него собираются делать гибкие экраны, новые виды электронных устройств, фильтры для воды и многое другое. Его даже стали подмешивать в подошвы кроссовок, чтобы они были гибче и прочнее.

– А чем сейчас занимаются Гейм и Новосёлов? – спросила Галатея.

– Они двинулись дальше и создали много других мономолекулярных двумерных кристаллов, обладающих интереснейшими свойствами. Более того – они стали складывать эти двумерные кристаллы в трёхмерную стопку, получая материал с уникальными, заранее заданными свойствами. Нанотехнологии пришли в физику твёрдого тела и обещают новую революцию.

– Что это за физика твёрдого тела? – поинтересовалась девочка.

– О, физика твёрдого тела имеет давнюю историю, которую можно начать с кроманьонцев, живших в Европе более сорока тысяч лет назад. Они сумели среди множества камней, встречающихся на поверхности земли, найти самый прочный и удобный к обработке – кремень. Именно он стал популярным у кроманьонцев материалом, из которого они начали делать наконечники для стрел, кремневые ножи и топоры. Обсидиан, вулканическое стекло, тоже шло на изготовление ножей и наконечников стрел. Современные хирурги изучили обсидиановые ножи древних людей и нашли, что они острее, чем современные скальпели из нержавеющей стали. Если пациент имеет аллергию на металл, то для его лечения используют обсидиановые скальпели, правда с большой осторожностью, потому что они очень хрупкие. Умение найти подходящий камень и создать из него каменное орудие – это технология, которая лежит на стыке минералогии, физики твёрдого тела и механики. Сейчас она кажется древней и примитивной, но в своё время помогала кроманьонцам охотиться и выживать. Потом начались медный, бронзовый и железные века, в которые возникла такая наука, как металлургия. Умение древних оружейников учитывать физику твёрдых тел проявилось, например, в создании сабель из дамасской стали, в которых гибкость клинка соединялась с твёрдостью и режущими свойствами заточенной кромки.