Andre Geim

Andre Konstantinovitch Geim (né le 21 octobre 1958) est un physicien néerlando-britannique d'origine russe. Il reçut en 2010, conjointement avec Konstantin Novoselov, le prix Nobel de physique pour des expériences pionnières avec le graphène.

Il se tient ainsi à l'origine du matériau sur lequel s'appuie la neutrinovoltaïque.

Parcours

Geim naquit à Sotchi, en Russie, de parents d'ascendance allemande — la famille faisait partie des Allemands de Russie, ce qui allait de pair, en Union soviétique, avec des désavantages. Il ne réussit le concours d'entrée de l'Institut de physique et de technologie de Moscou qu'à la troisième tentative ; selon son propre récit, l'origine n'y fut pas sans importance.

En 1987, il soutint sa thèse à Tchernogolovka. Après des étapes à Nottingham, Copenhague et Nimègue, il arriva en 2001 à l'University of Manchester, où il fait aujourd'hui encore ses recherches.

Les expériences du vendredi soir

À Manchester, Geim introduisit une habitude qu'il appelait Friday night experiments : une fois par semaine, lui et ses collaborateurs avaient le droit de travailler sur quelque chose qui n'avait rien à voir avec le projet financé en cours et dont l'issue était tout à fait ouverte.

L'idée sous-jacente est plus sérieuse qu'il n'y paraît. Les demandes de financement exigent que l'on sache d'avance ce qui en sortira. Cela exclut ce qui ne se laisse pas planifier — et c'est précisément là que se trouve parfois l'intéressant.

De cette habitude sont issus deux résultats très différents.

Le premier fut une grenouille en lévitation. Geim montra avec Michael Berry que l'eau — et donc une grenouille vivante — peut être mise en lévitation diamagnétique dans un champ magnétique intense. Il reçut pour cela en l'an 2000 le prix Ig Nobel, une distinction malicieuse pour des recherches qui font d'abord rire, puis réfléchir.

Le second fut le graphène.

Geim est ainsi à ce jour la seule personne à avoir reçu à la fois un prix Ig Nobel et un prix Nobel — une circonstance qu'il aime lui-même mentionner, parce qu'elle atteste que la curiosité sans finalité est payante.

Le graphène au ruban adhésif

En 2004, Geim et Novoselov réussirent ce à quoi d'autres avaient échoué avec des procédés coûteux : la production d'une couche unique d'atomes de carbone.

L'outil était du ruban adhésif ordinaire. On le presse sur du graphite, on le retire, on le replie, on le retire de nouveau — et à un moment donné il reste une couche de l'épaisseur d'un seul atome. Celle-ci fut transférée sur une plaquette de silicium, où elle se laissait reconnaître au microscope optique.

L'impulsion vint d'un détail secondaire : en microscopie électronique, on nettoie les échantillons de graphite en retirant la couche supérieure avec du ruban adhésif. Le ruban utilisé finissait d'ordinaire à la poubelle. Le groupe de Geim y regarda de plus près.

La simplicité de la méthode fut la véritable percée. Elle rendit le graphène accessible à tous les laboratoires du monde, et le nombre de publications monta en quelques années aux dizaines de milliers.

Pourquoi le graphène est si remarquable

Le graphène est le tout premier matériau bidimensionnel. Il conduit le courant mieux que le cuivre, résiste mieux à la rupture que l'acier, est presque transparent et imperméable même aux atomes d'hélium. Ses électrons se comportent comme s'ils n'avaient pas de masse.

Pour la neutrinovoltaïque, une autre propriété est décisive : une couche formée d'une seule strate atomique est tout entière surface. Il n'y a pas d'intérieur dans lequel quelque chose pourrait se perdre. C'est précisément ce que vise le mode de construction en de nombreuses couches alternées que décrit le brevet WO2016142056A1.

Divers

Geim mit en outre au point un film adhésif inspiré des pattes de gecko et travaille sur des membranes en oxyde de graphène qui laissent passer l'eau et retiennent les sels. En 2012, il fut élevé à la chevalerie britannique.

Termes apparentés

• Konstantin Novoselov — son colauréat
• Graphène — le matériau
• Graphène dopé — la modification ciblée
• Paul Thibado — le graphène comme source d'énergie

Sources

• K. S. Novoselov, A. K. Geim et al. : Electric Field Effect in Atomically Thin Carbon Films, Science 306, 666 (2004).
• Fondation Nobel : prix Nobel de physique 2010, motivation et conférence Nobel.