Аndrei Geim - Từ graphen, tạm thời chưa làm ra tiền (P1)

10 năm sau khi nhận giải IgNobel, Andrei Geim được đoạt giải Nobel năm 2010. Và lần đầu tiên nhà Vật lý tâm sự những trải nghiệm của mình trên con đường tiến tới giải Nobel.

>>> Аndrei Geim - Từ graphen, tạm thời chưa làm ra tiền (P2)

Giải thưởng danh giá nhất thế giới - giải Nobel – năm nay trao cho hai nhà vật lý sinh ra, học tập và khởi nghiệp tại chính quê hương của mình là nước Nga. Nhưng tại sao phát minh của họ lại không thực hiện ở nước Nga? Về vấn đề này, Giám đốc Trung tâm Vật lý các chất kích thước trung bình và công nghệ nano (Institute for Mesoscopic Physics and Nanotechnology) trực thuộc Đại học Manchester Andrei Geim trao đổi với phóng viên báo Izvestia.

Andrei Geim, nhà khoa học đoạt Nobel Vật lý năm 2010. (Ảnh: Internet).

Izvestia: Аndrei, khi thoả thuận với nhau về cuộc phỏng vấn này, ông có nói rằng ông “đang học cách sống với giải Nobel”. Sao lại phải học, thưa ông?

Andrei Geim: Trước khi có tin tôi được giải, tôi là người theo kiểu mà người Anh nói là "twenty four seven" của khoa học (tức 24 giờ/7ngày). Nhưng nay, ngày nào cũng phải cố gắng tìm ra một chút “thời gian dôi dư” để làm việc khác. Trả lời bạn chẳng hạn. Giấy mời đến các cuộc họp, hội nghị, nói chuyện, gặp gỡ … đến như bươm bướm. Ai cũng nhận là bạn của mình. Điều gì cũng “rất quan trọng”. Những may là cũng dễ điều chỉnh.

Nhưng còn có những điều gì phức tạp hơn?

Xã hội chúng ta vừa muốn bánh mì vừa muốn xem trình diễn nên 3 thập kỷ qua khoa học liên tục được lên sân khấu. Cho nên cũng cần giải thích nhiều không chỉ cho những người dân thường mà cho cả những nhà lãnh đạo, tự cho mình là vĩ đại, không được đụng đến và chuyện gì cũng biết. Khi tiếp xúc với họ, bạn sẽ hiểu họ chẳng biết gì về khoa học, nhất là các lĩnh vực khác mà họ chưa có chuyên gia. Về giải Nobel họ cố làm ra ấn tượng, rằng ý kiến của họ là ý kiến chỉ đạo, nhờ nó mà gặt hái được thành công. Vì thế tôi không muốn giới hạn những phán xét của mình.

Có bao giờ trong đầu ông có ý nghĩ là mình sẽ phủ nhận chính Landau vĩ đại không? Tôi có đọc là Landau đã từng khẳng định: về nguyên tắc không thể tồn tại lớp cacbon đơn nguyên tử, vì nó chống lại các định luật trong Vật lý học.

Chuyện này ngay cả một số đồng nghiệp của tôi cũng nghĩ vậy. Landau và tất cả các nhà bác học khác cho rằng không thể phát triển những vật liệu hai chiều như vậy. Có nghĩa là sự phát triển các lớp cacbon hai chiều và một chiều cần phải thực hiện ở nhiệt độ cao mà nhiệt độ cao, theo Landau, chính nhiệt độ cao khiến cho sự phát triển như thế không thể xảy ra. Chúng tôi nghĩ ra một ý tưởng là, nếu như không phát triển được các lớp như thế ở trạng thái tự do thì có thể “nuôi” nó như một hệ ba chiều, đó là graphit.

Khi đã “nuôi” được graphit ở nhiệt độ thấp hơn điểm chảy rất nhiều thì tính bền của vật liệu này chẳng gặp vấn đề gì nữa. Tóm lại chúng tôi đã tìm ra một phương pháp mới để tạo ra một hệ ba chiều và từ hệ ba chiều này, kéo thành một mặt phẳng đơn nguyên tử. Đơn giản vậy thôi. Tôi không biết dịch phương pháp “bottom-up” và “bottom-down” ra tiếng Nga là gì, chỉ biết đã không “bottom-up” được thì “bottom-down” sẽ được. (Ý ông nói về 2 phương pháp để giải quyết một vấn đề công nghệ, “từ dưới lên” và “từ trên xuống” – ND)

Có nghĩa là khi bắt tay vào nghiên cứu ông không hề băn khoăn là mình “đành phải” phủ định các bậc tiền bối?

Кhi bạn đã lao vào công việc, bạn sẽ chẳng còn thì giờ nghĩ đến lời dạy của các bậc tiền bối đâu. Vấn đề đặt ra là: trong bất cứ lĩnh vực nào cũng có những việc chưa ai từng làm. Điều kiện mỗi thời một khác: có những thiết bị hiện đại hơn, có những cách nhìn vào một hiện tượng mới mẻ hơn. Vậy thì, liệu có thể mang vào lĩnh vực mình theo đuổi một đóng góp gì mới hơn không. Ý tưởng ấy thật đơn giản. Tôi sẽ trình bày điều này trong bài diễn văn Nobel (Nobel lecture) đọc trong dịp trao giải. Khi nhận hướng dẫn một nghiên cứu sinh, tôi nói với anh ta: Có một lĩnh vực nhìn vào, thấy khá thú vị - đó là ống cacbon nano. Nhưng chúng ta sẽ không đi sâu vào nó mà anh hãy thử làm graphit cũng có chiều dày như những ống nano này. Không phải hàng trăm lớp mà chỉ hàng chục lớp, thậm chí còn phải mỏng hơn. Lúc đó chưa có một công trình đáng chú ý nào dành cho việc tạo ra các lớp graphit mỏng. Và vấn đề ấy đã trở thành điểm xuất phát của một phướng trong khoa học.

Rồi sau đó?

Sau đó chúng tôi tạo ra những lớp cáng ngày càng mỏng, nhưng chưa đạt đến chiều dày của một nguyên tử. Có thể lúc đó vì tôi chưa tìm ra nguyên lý một lớp. Tôi chỉ mới nghĩ rằng vì hệ thống nghiên cứu tồi và chúng tôi có thể đưa một cái gì mới vào đó để cạnh tranh với những ống nano.

Cách tiếp cận ấy đã thành công. Và phải chăng sau này ông đã sử dụng nó như một công cụ vạn năng để tìm những phương hướng mới.

Không. Thực ra là graphen đã là bước cuối cùng (Geim đọc “graphen” là “graphin” đặc giọng Anh, người Nga thấy rất buồn cười – PV) . Năm 1987 tôi hoàn thành luận án phó tiến sĩ. Đề tài là ”Nghiên cứu kim loại siêu tinh khiết bằng phương công hưởng xoáy” – công việc đã chán, khối lượng lại rất lớn. Tôi quyết định sẽ không thèm dùng những thiết bị đã “chết” từ 20 năm trước và cố gắng đi tìm những hệ thống thực nghiệm mới để nghiên cứu.

Cách làm ấy có kết quả và công trình được thừa nhận. Thực tế, tôi đã phải đến làm việc ở những 4 cơ sở nghiên cứu khác nhau: ở Nga, ở Copenhagen, ở Bath và ở Nottingham. Tất nhiên mỗi lần chuyển từ trường đại học này sang trường đại học khác, tôi lại được tiếp cận với một kỹ thuật mới, những điều kiện làm việc mới, tiếp thu được các hướng nghiên cứu mới và học hỏi được rất nhiều. Và bản thân tôi lại cố gắng tìm ra một “mảnh đất hoang dã” độc đáo của riêng mình. Tôi công bố trên những tạp chi có uy tín hàng đầu những bài báo về đề tài “Tính bán dẫn vi mô” (Microscopic semiconductivity).

Аndrei Geim và Konstantin Novoselov người cùng đoạt giải Nobel Vật lý 2010.

Lúc đó, tích hợp được những kiến thức tiềm tàng và phương pháp luận phong phú, tôi khát khao được thử nghiệm những gì mới mẻ. Tôi nghĩ một hệ tư tưởng cho chính mình: thời gian rỗi rãi được giải phóng khỏi công việc sẽ phải tận dụng để thử 5-10 cái gì đó. Thỉnh thoảng, tôi giao cho sinh viên đang làm luận văn tốt nghiệp làm giúp những thí nghiệm nào đó. Một trong những thí nghiệm đã được mọi người biết đến là hiện tượng bay lên lơ lửng (levitation)

À, tôi nhớ ra rồi. Đó là cái thí nghiệm nổi tiếng của ông về con ếch bay lơ lửng trong từ trường mà cả thế giới đều biết đến.

Tôi bắt đầu bằng việc nghiên cứu nước đặt trong những từ trường rất mạnh. Nhưng khi tôi nhìn thấy nước lơ lửng bay lên, mọi người không tin và tôi hiểu: cần phải búng vào mũi họ và bảo họ rằng không chỉ nước mà bất cứ cái gì khác đều có khả năng bay lên, kể cả chính bản thân họ. Vậy mà người ta bảo tôi điên và trao giải cho tôi giải IgNobel. Tôi vẫn vui vẻ nhận.

Quả thật điều đó là một câu chuyện hoàn toàn viễn tưởng. Từ chương trình phổ thông chúng tôi được dạy là từ trường tác động vào một số kim loại, còn nước, con ếch, những con châu chấu đã chết và những thứ khác mà lại có thể lơ lửng trong không gian được thì thật là…

Hiện tượng này người ta đã nói đến từ 150 năm trước và được gọi là hiện tượng kháng từ (diamagnetism). Tất cả mọi vật đều có tính kháng từ từ giấy đến một viên đá, chất dẻo, sinh vật, chất khí. Tất cả mọi vật đều giống như nhau và không cần phải có một tính chất đặc biệt nào. Thực ra, chỉ kim loại và nam châm là những chất có tác động độc đáo trong từ trường còn tất cả đều là chất chống lại từ trường. Chúng tôi đã chứng minh điều này một cách rõ ràng.

(Còn nữa)