«Графен открыл дорогу созданию многих других двумерных материалов»
Считается, что самый плодотворный возраст ученого — от 40 до 50 лет. Выпускнику Физтеха (Московский физико-технический институт, МФТИ), нобелевскому лауреату, профессору Манчестерского университета Константину Новоселову — 43. Своего Нобеля по физике в 2010 году он получил совместно с другим «физтехом» (выпускником Физтеха) Андреем Геймом за открытие графена — первого из двумерных материалов. Еще совсем недавно считалось, что такая структура — пленка толщиной в один атом — не может существовать в природе.
В конце ноября сэр Новоселов (титул пожаловала ему королева Елизавета II) приехал в Москву для участия в работе Наблюдательного совета своей альма-матер.
— Как часто вам удается посещать родной институт?
— Заседания Наблюдательного совета Физтеха проходят раз в полгода, и я обязательно приезжаю на каждое. Но в этот раз я поучаствовал еще и в работе 60-й научной конференции МФТИ, а также в открытии нового корпуса института. Он называется «Физтех.Арктика». Арктика безусловно является очень важным и долгосрочным направлением для российской науки и технологии. К нему надо очень серьезно отнестись, значительно расширить существующую программу. Это рекомендация скорее даже не для Физтеха, а для правительства.
— Правительство Великобритании очень серьезно отнеслось к вашему открытию, построив для вас при Манчестерском университете целый Институт графена за £38 млн (примерно $50 млн). Как там принимаются решения о финансировании подобных проектов?
— Как тратить деньги британских налогоплательщиков на науку, решает не правительство, а только научное сообщество. По подобным проектам всегда проводится открытый конкурс с широким обсуждением в среде британских ученых. Для этого существует британский аналог РФФИ (Российский фонд фундаментальных исследований. — «Известия»). Он называется Engineering and Physical Sciences Research Council, EPSRC, и именно через него проходили все решения по проекту Института графена.
— Есть ли в Британии аналог нашей Академии наук?
— Конечно. Но он имеет совершенно другой смысл и по-другому работает. Называется кратко Королевское общество, а полностью — Лондонское королевское общество по развитию знаний о природе (The Royal Society of London for the Improvement of Natural Knowledge). Королевское общество представляет собой не административный орган, а клуб — в лучших британских традициях. Клуб ученых. И если в России академики получают от Академии наук зарплату, то в Британии, наоборот, члены Королевского общества платят членские взносы. Эти деньги идут не только на организационные расходы, но и, например, на спонсирование стипендий для молодых ученых. Как раз такую стипендию я получал десять лет назад благодаря Королевскому обществу. А сейчас, когда меня туда избрали, я сам плачу членские взносы, чтобы помогать молодым ребятам.
— Верили вы в начале карьеры, что двумерные материалы вообще когда-нибудь будут созданы?
— Я был на 100% уверен, что сделать материал толщиной в один слой атомов невозможно. В один невозможно. А в три? А в два? Мы пытались добиться минимальной толщины образца и исследовали этот «толстый графен». Там очень интересная физика, совершенно разная при разном количестве слоев. Мы изучали эту физику и постепенно получали все более тонкие образцы. И вот однажды нам повезло: у нас вдруг один образец вышел однослойным! Почему он оказался устойчивым, мы тогда не знали. Но по поведению электронов в этом образце мы поняли, что имеем дело именно с двумерным материалом.
— Чем отличалось это поведение от того, что наблюдается в трехмерных веществах?
— Есть много причин, по которым графен интересен, и первая — что он в принципе существует. Вторая — его электронные свойства. Они коренным образом отличны от электронных свойств трехмерных материалов. Например, в двумерном мире нет узлов. Если вы там захотите завязать узел, как шнурки на ботинке, вам придется выйти в третье измерение. И это сразу налагает ограничения на поведение электронов. Электроны в графене начинают вести себя как безмассовые частицы. У обычных частиц кинетическая энергия пропорциональна массе и квадрату скорости. А у безмассовых энергия линейно зависит от импульса, как у фотонов, например. Поэтому у таких частиц очень многие свойства совершенно другие. Их нельзя остановить, они не существуют без движения: те же фотоны всегда летят со скоростью света. Еще они могут проходить через потенциальный барьер, туннелировать сквозь него со стопроцентной вероятностью. Вот почему графен обладает такой хорошей проводимостью. Вообще, все его свойства определяются вот этим поведением электронов: и прозрачность, и теплопроводность, и всё остальное.
— И какие промышленные применения этим свойствам уже удалось найти? Совершилась ли «графеновая революция», о которой так долго говорили?
— Применений нашлось уже громадное количество, но не все они достаточно интересны. В основном пока пытаются в разных областях заменить тот или иной материал графеном, и в результате что-то получается чуть-чуть лучше. Но ведь графен обладает уникальной комбинацией редких свойств, и мы ищем применение именно этой комбинации. Мы пытаемся найти такие решения, которые невозможны без графена. Это самое интересное. Например, мы сделали контактные линзы, которые могут менять фокус. Для этого нужен проводящий прозрачный гибкий прочный материал. Это всё графен, и другого такого материала нет.
— Далеко ли этим линзам до промышленного производства?
— Пока не могу сказать: этим сейчас занимаются другие люди другой специальности. Мы все-таки ученые: можем показать, продемонстрировать, что нечто возможно. А дальше кто-то должен создавать новые технологии. И это не менее сложно и занимает намного больше времени, чем проведение перспективных исследований.
— Сейчас много говорят о военных применениях графена...
— Над ними активно работают, насколько я знаю, китайцы. Есть в Пекине такой институт BIAM — Beijing Institute of Aeronautical Materials, Пекинский институт авиационных материалов. Там разрабатываются все материалы для китайской авиации. Я с ними общаюсь, но они мне далеко не всё рассказывают. Знаю, что наши материалы они пытаются применить для стелс-технологий — тех, которые скрывают самолет от радаров. Свои материалы тоже делают: у них есть серьезные разработки по жаропрочным сплавам, которые применяются для изготовления турбинных лопаток. Они добавляют туда графен, и он дает прекрасные результаты. В Китае ходят слухи, что какие-то модели реактивных истребителей уже с ним летают.
— А ваша лаборатория работает с военными заказами? Ведете ли вы «закрытые темы»?
— А у вас какая форма допуска? Шучу. У нас нет ни одного контракта с министерством обороны Британии. Правда, много работ по заказу американских военных: и ВВС США, и ВМФ, и сухопутных войск. Но там всё открыто, обычные несекретные исследования. Впрочем, с Lockheed Martin были проблемы: они хотели сами всё очень пристально контролировать. Но мы стараемся не работать с такими. У меня в лаборатории все исследования открыты, «закрытых тематик» нет.
— Эти тематики посвящены только графену?
— Я всегда говорил, что самое неправильное — это если мы в Институте графена будем заниматься именно графеном. Нам нужно двигаться дальше. И я надеюсь, что за свою жизнь смогу создать еще немало новых материалов, не менее интересных, чем графен. В графене ведь что подкупает? Святая простота: углерод, гексагональная решетка — проще некуда. Простые решения всегда хорошо работают. Но графен открыл дорогу созданию многих других двумерных материалов. Мои исследования в значительной части направлены сейчас именно на них: нитрид бора, дисульфид молибдена...
— Входит ли графен в нашу жизнь так стремительно, как это предсказывали лет пять назад?
— Входит-входит. Но постепенно. Графен примерно повторяет путь многих других материалов, особенно углеродных. Как, например, лет 50 назад в нашу жизнь входили углеродные волокна: их использовали сначала в спортивном инвентаре, потом в автомобилях, а потом и до авиации добрались. Так же и графен: он начал путь в составе композитных материалов. А сейчас уже всё чаще используется в микроэлектронике для решения одной из главных ее проблем — теплоотвода. Используется и в батарейках — как для того же теплоотвода, так и для улучшения механических свойств. Постепенно это развивается во всё более и более высокотехнологичные решения.
Вы уже сегодня можете купить телефон или часы с сенсорной панелью на основе графена. У меня есть несколько таких, и это не эксклюзивные подарочные экземпляры: я их все купил в магазине.
Одна из наших компаний работает в области печатной электроники: мы печатаем графеновые RFID-метки.
Бывшая Nokia уже производит видеокамеры с графеновой матрицей...
— Работая со студентами, ощущаете ли вы разницу между британской и российской системами подготовки молодых ученых?
— В британских вузах студент получает, наверное, не столь широкий спектр формальных знаний, как в России. Там больше внимания уделяют стимулированию самостоятельной работы, поиску личной мотивации для достижения результата. Иногда это именно то, чего не хватает нашим ребятам.
Широкий кругозор и энциклопедическая образованность — это прекрасно. Но мотивация... Когда я беру на работу студента, я, разумеется, всегда смотрю на уровень его знаний. Но еще больше я смотрю на его мотивацию. Мотивированного студента я смогу научить всему, да он и сам научится. А немотивированный — какой бы он ни был семи пядей во лбу — он учиться не будет, и я его тоже не сумею научить.
— А легендарная «система Физтеха»? Приносит ли она все еще те плоды, которыми гордились в «ваше» время?
— Основу системы Физтеха составляла концентрация научной работы на базовых кафедрах в академических НИИ. Из-за этого на рубеже 1990-х и нулевых годов Физтех попал по не зависящим от него причинам в довольно сложную ситуацию. Условия работы с Академией наук слишком изменились, и сейчас мы не можем полностью полагаться на академические институты. Приходится опираться прежде всего на собственные силы. За относительно короткое время нам удалось создать значительное количество новых собственных институтских лабораторий и корпусов, и я считаю это правильным откликом на изменившиеся внешние условия.
— В чем вы видите причины этих изменений?
– Я очень мало что знаю про Академию наук. Очень мало. На Физтехе я бываю постоянно, а в Академии наук... Я там был один раз. Год назад, после мероприятий, посвященных 70-летию Физтеха, мы с друзьями поехали в Академию наук: там в здании президиума наверху есть замечательный ресторан. Он оставил об Академии самые приятные воспоминания, и я надеюсь сохранить этот позитив.
