Драконоборцы. 100 научных сказок - Николай Николаевич Горькавый
– 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,
