Русские ученые в Манчестере изобретают все подряд
Куда делись те £5, профессор Андрей Гейм из Манчестерского университета уже не помнит. Откуда было письмо с купюрой, тоже забыл. Помнит только, что некто Олаф ван Хаарве, настоятель небольшого прихода, интересовался, нельзя ли ему воспарить на глазах у изумленной публики. Так, чтобы публика не знала, как ему это удалось. «Каковы размеры вашей машины? Она меня поднимет в воздух? Можно ли спрятать ее под деревянным полом в церкви, а если можно, то не будет ли магнит в машине притягивать железные гвозди?»—спрашивал пресвитер. £5—это чтобы показать, что человек он серьезный, а всего обещал за чудо-прибор целый миллион. А что, ведь у машины будет не шуточная роль—«способствовать укреплению веры людей в деяния Господни».
Андрей с коллегами из лаборатории нанотехнологий представили, как полноватый пастор в разгар службы зависает на небольшой высоте и подглядывает за реакцией прихожан, а те, конечно, верят, что это благодать,—посмеялись и отвечать не стали. У них и не было никогда такой «машины», самая большая заставляла левитировать лягушку. Но и этого хватило, чтобы весь мир обратил внимание на изобретение—магнит с точно рассчитанным вырезом. После чего манчестерские волшебники левитацию забросили и занялись совсем другим—доказали, например, что человеком-пауком может стать каждый, создали материал толщиной в один атом, написали свои научные работы и оставили все это другим ученым и «стервятникам»—тем, кто будет превращать их открытия в коммерческие материалы и механизмы. А сами взялись покорять природу на других направлениях.
«Как правило, каждой темой у нас занимаются не более 5 лет, а затем перескакиваем в другую область науки»,—рассказывает Андрей Гейм. В Манчестере он как раз 5 лет. Британское правительство забеспокоилось, что наука на северо-западе страны развивается слишком медленно, выделило местному университету £3 млн и попросило найти ученого, который мог бы их «грамотно употребить на дело». Университет поручил это нашему бывшему соотечественнику—Гейму. «Я собирался отказаться, но они сделали хитрый и неожиданный ход. Зная научные достижения моей жены, они предложили ей постоянную позицию доцента в университете вместе со мной, она давно этого хотела»,—вспоминает профессор.
Он моментально собрал команду единомышленников—почти все ключевые места в лаборатории профессора Гейма занимают выходцы из СССР. Сам он, как и большинство коллег, закончил Московский физико-технический институт: «Против дарвинизма не попрешь, в науке идет процесс естественного отбора. Такое образование, как на Физтехе, не получишь ни в Гарварде и ни в Кембридже». Впрочем, одного престижного диплома мало, вакансий лаборатория давно не объявляет и принимает только по рекомендациям.
Выпускнику Физтеха Косте Новоселову рекомендации не потребовались—с ним Гейм работал еще в Голландии. А 8 лет назад они попробовали решить «детскую» задачку. Никогда не пробовали «склеить» два однополюсных магнита. Магниты капризничают и норовят оттолкнуться друг от друга. Казалось бы, совсем не сложно заставить один из них летать над другим. Сила тяжести тащит магнит вниз, магнитное поле толкает вверх. Однако магнит всегда падает—как и все другие «немагнитные» предметы.
Штангу, которая лежит в его маленьком кабинете, Костя поднимает сам, а крошечный кусочек графита, который я не сразу заметил, болтается в воздухе над небольшим магнитом с дыркой миллиметра в два. «Просто больших магнитов у нас здесь нет, но кое-какие чудеса мы можем делать и без них»,—улыбается ученый.
Тщательно рассчитав размеры, в магните можно проделать отверстие и заставить поле искривиться. «Мы заставляли летать пауков, червяков, каштаны, орехи, шишки, кузнечиков, клубнику, капли воды»,—загибает пальцы профессор Гейм. Но самым красивым и эффектным оказался эксперимент с живой лягушкой. Она принесла лаборатории Гейма известность далеко за пределами научного сообщества. Кроме писем вроде того, что написал брат Олаф, приходили и гневные послания—от активистов из природоохранных организаций. Это при том что рядом с фотографией летающей лягушки ученые предусмотрительно написали «во время эксперимента лягушка не пострадала и счастливо воссоединилась с другими лягушками на биологическом факультете университета».
«Сегодня левитацией в магнитных полях занимаются как минимум несколько лабораторий по всему миру. Лягушка—это скорее популярный, чем научный пример»,—рассказывает Новоселов. Популярными среди ученых могут быть опыты в условиях невесомости, для которых сейчас нужно договариваться с Международной космической станцией. Мир еще не отошел от летающей лягушки, а Гейм и его команда уже взялись за геккона.
Эта ящерица знаменита тем, что умеет ползать по любым поверхностям под любым углом, хоть по потолку. Ученые изучили особенности строения лап геккона и создали их искусственный аналог. Они вытравили миллиарды крохотных волосков на пластиковой ленте. Получился универсальный скотч, который липнет ко всему с бешеной силой. Чтобы показать, с какой, ученые вырезали из «растрепанной» ленты кусочек размером 3х3 мм, прикрепили его к руке увесистой 20-сантиметровой игрушки Человека-паука и надолго приклеили его к потолку. «Мы доказали принципиальную возможность создания такой ленты, все остальное не наше дело»,—говорит Константин Новоселов. И технологии массового производства суперлипучки ученые разрабатывать не стали, а «прыгнули» в новую область—двумерные материалы. В прошлом году профессор Гейм заявил, что ему удалось создать первую в мире пленку графита толщиной всего в один слой атомов. А месяц назад ученые научились получать двумерные одноатомные пленки из других материалов: сверхпроводников, изоляторов и полупроводников.
Один слой—это 0,3 нанометра, в 500 000 раз тоньше человеческого волоса. Новый материал назвали «графен» и изготовляют его как-то тупо. На клейкую ленту аспирант лаборатории Да Джанг высыпает чешуйки чистого графита, а затем принимается склеивать и разлеплять две ее половинки между собой. Это приходится делать много раз. Затем пленку кладут под микроскопы—оптический, атомно-силовой, сканирующий, электронный. Наконец, если Да Джанг поработал на совесть, на глаза попадается частичка толщиной в один слой, которую на специальном оборудовании переносят на абсолютно гладкую кремниевую подложку, покрытую оксидом кремния.
«Согласен, не очень технологичная процедура, но нам ведь не надо килограммы этих пленок»,—смеется Новоселов. Как и в случае с гекконом, задача ученых—изучить свойства одноатомных материалов. Среди прочих в лаборатории Гейма этим занимается украинец Леонид Пономаренко. Выпускник харьковского Института радиоэлектроники приехал в Манчестер всего месяц назад, так что результатами похвастаться пока не может. Он изучает электрические свойства одноатомных пленок из графита. По его словам, из них можно делать транзисторы—главные элементы компьютерных процессоров будущего. По сравнению с традиционными они будут быстрее, меньше и дешевле. Конечно, конкурировать с IntelЛеонид не планирует. «Наша задача—доказать принципиальную возможность создания такого транзистора и изучить его свойства»,—вторит он коллегам. До того, как заняться этим важным делом, Леонид работал в Амстердаме. Но там ему не понравилось—слишком уж медленно голландцы работают, а Гейм все время подгоняет, и это здорово.
«Сейчас мы понимаем, что двумерные материалы принесут больше, чем мы ожидали первоначально»,—заявляет Андрей Гейм. Он сравнивает одноатомные пленки с открытием полимеров. «Я только что из Африки. 15 лет назад на Килиманджаро не было ни одной пластиковой бутылки. Теперь каждый год с нее снимают 100 000 пластиковых бутылок»,—убеждает меня профессор. Проще перечислить те области, где полимеры сегодня не применяются. Такая же судьба, по его мнению, ожидает одноатомные пленки. «На основе наших пленок люди будут создавать слоистые композитные материалы с любыми нужными свойствами»,—конкретизирует мысль шефа Константин Новоселов. Например, материал, который будет проводником только вдоль своей оси и изолятором поперек. При этом в разных направлениях он будет иметь разную прочность, гибкость, прозрачность. Да мало ли какой «бутерброд» можно слепить из этих пленочек! А аспирант Тим Бус изучает возможность использования одноатомных пленок в качестве мембран—тонкой проводящей подложки, на которую биологи будут прикреплять молекулы ДНК и протеины. По словам ученых, это сулит прорыв в изучении белков. «Очень перспективное направление, моя мечта»,—вздыхает Новоселов.
Сам он занимается другим—создает из одноатомных пленок датчики. Последняя его разработка способна чувствовать всего одну молекулу газа, попавшую на поверхность. Чуть-чуть инженерной работы—и на вооружении служб безопасности появится супернос, который будет улавливать все запахи вне зависимости от их концентрации.
Конечно, каждый такой проект требует больших денег. И, как ни странно, с этим не возникает никаких проблем—на каждое новое исследование манчестерские ученые получают хороший грант. «Мы получаем столько денег, сколько можем переварить, а больше нам и не надо»,—улыбается Гейм. В середине 90-х он об этом мог только мечтать. Тогда профессору Университета Амстердама Гейму пришлось выложил кровные 50 гульденов за лягушат—будущих левитаторов, которых ему согласился продать один аспирант.
Сегодня дела обстоят иначе. «После публикации первых работ на тему одноатомных пленок мы кинули клич, нам был очень нужен чистый графит»,—подводит меня к еще одному столу Константин Новоселов. На нем стоит белое ведерко из Англии, пакетик из Германии, коробочки из Канады и Японии, пара кулечков из Северной Кореи и с Мадагаскара. Их прислали быстро и совершенно бесплатно.
Новоселов берется за штангу—«вся жизнь сейчас крутится вокруг этих пленок, на работе с 9 до 9, так что дома заниматься спортом совсем некогда». Стоящий рядом профессор Гейм добавляет: «Но все равно мы находим силы на то, чтобы параллельно вести еще два перспективных направления». Один из них—сугубо фундаментальный, то есть практических результатов от него может и не быть: специалисты изучают вихри, возникающие в сверхпроводниках. «Не знаю, где еще мне дали бы заниматься подобным»,—ликует Уолтер Эскофье, перебравшийся под крыло к Гейму из Франции.
А второй проект может заинтересовать не только ученых. Речь идет о так называемых левосторонних материалах. Они обладают удивительными свойствами—например, левосторонняя краска позволяет самолетам-разведчикам исчезать с экранов радаров. Какие возможности это сулит Олафу ван Хаарве, нанотехнологи не рассказали—статья о новых материалах сейчас лежит в редакции научного журнала Nature, и пока ее не опубликуют, из ученых не выдавишь и слова.