Цивилизация
— Константин, сегодня в журнале Science у вас в соавторстве с Андреем Геймом и другими учеными вышла очередная, довольно «академическая» статья, и снова это графен. Какую задачу вы ставили перед собой на этот раз?
— Большинство необычных электронных свойств графена вытекают из очень специфических свойств волновой функции электронов в этом материале: то, что графен прекрасно проводит электричество, его оптические и другие свойства. Это так называемое свойство хиральности, то, что у электронов есть псевдоспин, и то, что он направлен определенным образом. Но если проявления этого свойства мы наблюдаем в графене очень хорошо, то непосредственно структуру волновой функции увидеть очень сложно, для этого приходится прибегать к различным трюкам.
И в этой работе мы непосредственно увидели структуру волновой функции, как она устроена, продемонстрировали, что она представляет собой двухкомпонентный вектор.
В наших экспериментах мы использовали туннелирование электронов из одного слоя графена в другой через диэлектрик из нитрида бора. Такие эксперименты стали в принципе возможны, когда мы начали делать гетероструктуры на основе графена и других двумерных материалов. В принципе техника создания этих структур уже позволила создать некие интересные приборы, такие как туннельный транзистор, диоды, LED, в них был обнаружен ряд интересных физических эффектов. Способность создавать гетероструктуры сильно расширяет возможности как для физических экспериментов, так и для приложений. И теперь мы экспериментально продемонстрировали, как устроена волновая функция электронов в графене, их хиральные свойства.
— Правильно ли сказать, что волновая функция электронов является такой только в графене?
— Похожая волновая функция встречается в небольшом числе материалов, и там, где она появляется, мы получаем огромное пространство для различных манипуляций с ней и наблюдения различных интересных физических эффектов. Если вы слышали про топологические изоляторы…
— Да, мы рассказывали об экспериментах с ними ваших коллег из ФИАНа.
— Так вот, у этих материалов токи бегут по поверхности, и волновая функция тоже имеет похожую структуру.
— Каковы перспективы прикладного использования вы видите за вашим новым открытием?
— Ряд перспектив мы уже описали в прошлых статьях, подобные структуры могут использоваться в резонансно-туннельных диодах. В данной статье мы просто разложили всю физику этих структур по полочкам. Резонансно-туннельные диоды работают на совершенно иных принципах, нежели традиционные диоды, и потому могут использоваться в различных высокочастотных приборах. Эти диоды — весьма специфические приборы, у которых отрицательное сопротивление.
Это значит, что при увеличении приложенного напряжения ток в них падает, и наоборот.
Такие свойства очень важны для усиления сигналов особенно на высокой частоте.
— После вашего открытия графена прошло уже несколько лет, сейчас наблюдается целый поток открытий, связанных с этим веществом. Вы стараетесь следить за всеми?
— До какой-то степени. Статей становится гораздо больше, а моя работа сейчас сместилась от графена к другим двумерным материалам, я занимаюсь изучением их свойств и свойств гетероструктур. Следить становится все сложнее и сложнее, но жить становится все интереснее и интереснее.
— Год назад вы рассказывали, что ваши темы с Андреем несколько разошлись — он изучает новые свойства самого графена, а вы переключились на гетероструктуры. Так остается и сейчас?
— В принципе да, пространство возможных экспериментов и исследований стало таким многомерным, всегда можно найти новые интересные ниши, таких ниш много, и какую нишу выбрать, зависит от вас. Сейчас я нахожусь в Китае, здесь я обычно провожу несколько недель в году, у меня тут коллаборация, различные индустриальные проекты с китайцами.
— В начале июля в Китае было с помпой объявлено об изобретении революционных аккумуляторов на основе графена, параметры которых в разы, если не на порядки превосходят свойства существующих батарей. Огромная емкость и 3500 циклов перезарядки, что в семь раз больше, чем у современных литий-ионных аккумуляторов, и др. Может ли графен действительно привести к качественному скачку в потребительских свойствах привычных нам приборов?
— Про аккумуляторы и суперконденсаторы я точно ничего не буду говорить. Эта область развивается и ветвится гораздо быстрее, чем любая другая, и я немного отчаялся за ней следить. Люди действительно активно пытаются применять графен в аккумуляторах и конденсаторах, но, на мой взгляд, реальным критерием здесь всегда будет реальное применение. Мое мнение — графен в них использоваться будет, но какой именно тип графена, в каких аккумуляторах, я не рискну предположить.
Я бы всегда относился с неким скепсисом к чему-то, что на порядки лучше существующих образцов, хотя в принципе есть технологии потенциально увеличить емкость тех же аккумуляторов или количество циклов перезаряда в тех же аккумуляторах.
Всегда нужно внимательно смотреть на детали. Что правда, то правда, область аккумуляторов развивается очень быстро, и там появляется очень много работ.
— А в каких областях вы ожидаете другие прорывные точки, где могут проявиться свойства графена?
— Как показала практика, графен постепенно входит в нашу жизнь и технологии. Входит он в определенные ниши, которые постепенно расширяются. Сейчас мы видим активное вхождение графена в так называемую печатную электронику. Сегодня вся электроника основана на кремниевой CMOS-технологии, но в данный момент появилась необходимость в огромном количестве дешевых простых электронных устройств, которые могут быть созданы без такой дорогостоящей технологии. Кроме того, сейчас начинают говорить об интернете вещей, и если мы хотим объединить все вещи, устройства вокруг себя в одну единую сеть, вам понадобится огромное число датчиков, антенн и чипов, чтобы их соединять. И их уже абсолютно невозможно сделать при помощи стандартной технологии, она должна удешевляться, изготовление элементов должно упрощаться и переноситься на места, поэтому люди говорят о печатной электронике.
Благодаря ей вы сможете напечатать необходимое устройство если не на обычном принтере, то на каких-то простых станках.
И графен с другими двумерными материалами являются перспективными компонентами для печатной электроники. Классический пример — это продукты в холодильнике. Вы пришли домой, поставили бутылку с молоком в холодильник, холодильник знает, сколько молока осталось, скисло оно или нет. И как только молоко закончилось, холодильник сам звонит в магазин и заказывает новую бутылку. Чтобы создать такую коммуникацию между холодильником и магазином, нужна банальная электроника, но она должна быть дешевой, а производители молока и холодильников должны иметь возможность произвести ее у себя на заводе.
— Вы следите за ситуацией в российской науке?
— Честно говоря, не очень, я общаюсь со своими коллабораторами в России, все, что я знаю, идет большей частью через них.
— Сейчас наши ученые небезосновательно опасаются масштабных сокращений и уменьшения финансирования. На этом фоне из уст премьер-министра прозвучат советы держаться, хотя нет денег, а преподавателям, которым мало платят, — идти в бизнес. Вы тоже советуете нашим ученым держаться?
— Будущее любого государства зависит от уровня образования и уровня научно-технических знаний и культуры населения.
И существует некий временной лаг между инвестициями в науку и образование и отдачей, который может составлять от пяти до 15 и более лет.
Поэтому задача ученых, преподавателей и академий состоит в том, чтобы донести это до властей предержащих. К сожалению, период отдачи от вложений в науку гораздо дольше, чем парламентский цикл. И вести эту просветительскую деятельность надо не столько среди населения, сколько среди политиков. Абсолютно то же самое происходит в Британии, Китае и Америке.
— Полтора года назад президент РАН Владимир Фортов обещал выдвинуть вас с Андреем в академики РАН. Вам таких предложений не поступало?
— Абсолютно ничего про это не знаю.