"Робиться це так: берете скотч, проводьте по його липкій стороні графітовим олівцем. Важливо використовувати саме графіт, оскільки в грифелі простого олівця є ще глина та інші добавки. Краще взагалі купити шматок якісного графіту, це нескладно. Потім там, де з'явилася пляма, скотч потрібно склеїти навпіл, знову розліпити і знову склеїти. З кожним разом кількість шарів у шматочку графіту на скотчі буде зменшуватися, і, коли пляма стане майже зовсім прозорою, її треба буде перенести на чисту плоску поверхню. Ось, власне, і все, графен готовий ".
В останні роки з'являється все більше почесних кристалів, які оскаржують право називатися новим графеном, але простота гексагонального вуглецю робить його фізику як і раніше унікальною.
"Та я і сам абсолютно точно знав, що це неможливо, що справжній одношаровий вуглець отримати не вийде. Але, по-перше, цікаво - якщо не можна отримати один шар, чи можна зробити два? А три? Було б дуже цікаво дізнатися, як в даному випадку вирішується «парадокс купи». А по-друге і по-головним, часом замість того, щоб міркувати про експеримент, краще просто спробувати його зробити ", - відповідає Новоселов.
У лабораторії Андрія Гейма, де тоді працював Костянтин, ця практична філософія була втілена в традицію так званих п'ятничних експериментів. Передбачалося, що кожен може випробувати свою саму божевільну ідею, якщо тільки це не потребує занадто великих ресурсів. У ході одного з таких дослідів, наприклад, виявилося, що за рахунок діамагнітних властивостей води можна змусити левітувати рослини і тварин - достатньо помістити їх в дуже сильне магнітне поле. Цей напівжартівливий експеримент згодом приніс Гейму Ігнобелівську премію (за кілька років до Нобелівської), а відважному хом'ячку Тіші, який випробував на собі дію поля, - співавторство в статті. Було ще багато інших «п'ятничних проектів», більшість з яких, звичайно, так ні в що і не втілилися. Однак саме в їх ряду виникла та сама шалена ідея - отримання «неможливого» одноатомного вуглецю за допомогою скотчу.
"Журналісти давно прозвали нас" сміттєвими вченими ", - жартує Новоселов. - Те, що інші десятками років викидали в кошик, ми вирішили підібрати і досліджувати ". Йдеться про ідею використання техніки розшарування матеріалу, яку вдалося підглянути у мікроскопістів: вони зазвичай вживають графіт як стандартний об'єкт і для того, щоб підготувати його до дослідження, наклеюють і відривають липку стрічку. Виходить майже ідеально рівна підкладка, а ось те, що залишається на скотчі - власне графен, - щоразу вирушало в кошик. Однак в якийсь момент на її вміст звернули увагу Новоселов і Гейм - всередині виявився не просто «нобелівський» матеріал, але один з найбільш незвичайних об'єктів у фізиці.
ЦЕРН на столі
Властивості графена описують виключно в чудовому ступені. Це найтонший з усіх можливих матеріалів, найміцніший, найбільш еластичний з усіх кристалів. Графен абсолютно непроникний для будь-яких молекул, якщо тільки спеціально не зробити в ньому дірок (і використовувати його як молекулярне сито). Він має рекордну теплопровідність і прозоріше будь-яких інших матеріалів, що в поєднанні з високою гнучкістю дозволяє сподіватися на швидку появу прозорих дисплеїв на його основі.
Унікальну теплопровідність почесного вуглецю вже зараз застосовують у виробництві деяких експериментальних світлодіодних ламп. Її ж намагаються експлуатувати і творці першого графенового мотошлема: за їх словами, матеріал забезпечує рівномірний розподіл тепла при ударі.
І все ж з точки зору чистої фізики всі ці чудові ступені б'ють повз мету, адже найцікавіше в одноатомному вуглеці - це не міцність і гнучкість, а незвичайні електронні властивості, аналогів яких немає ні в одному іншому матеріалі. З цієї точки зору графен - унікальний тестовий майданчик для розробки найбільш фундаментальних теорій, своєрідний «ЦЕРН на столі». За словами автора цієї метафори, теоретика Михайла Кацнельсона, за кілька років існування «живого» графену в теорії одношарових матеріалів стався набагато більший прогрес, ніж за всі ті 70 років, коли він був лише теоретичною конструкцією.
Говорити про ці властивості, не вдаючись до формул, майже неможливо, але ось лише пара прикладів. Носії заряду в графені поводяться як частинки без маси спокою - фактично як фотони у вакуумі. Вони не володіють інерцією, тому графен залишається провідником навіть в області дуже високих частот. Вони можуть тунелювати крізь потенційні бар'єри, причому незалежно від висоти останніх - така поведінка рідкість навіть у «звичайній» квантовій фізиці. Графен залишається провідником, навіть якщо носіїв заряду майже зовсім немає - їх немає, а струм є.
На тлі всіх цих екзотичних властивостей сучасні застосування графена здаються навіть не вершиною айсберга, а лише самотнім пінгвіном на його утісі. І поки інженери продовжують експлуатувати механічні особливості одношарового вуглецю, Новоселів та інші фізики намагаються протягнути місток до його електронних властивостей, створюючи на його основі складносоставні «сендвічі». І графен в їх складі грає лише роль першого серед рівних.
Від млинця до торту
"Що робить інженер, якщо йому потрібно створити якийсь принципово новий електронний пристрій? Він бере вже існуючі матеріали (а це майже завжди кремній), вивчає їх електронну структуру, заборонену зону і все інше і, ґрунтуючись на цьому, намагається зробити щось нове. В ідеалі все має відбуватися інакше. Щоб інженер спочатку думав про те, що він хоче отримати, і вже потім з нуля, шар за шаром, створював матеріал для нового пристрою ". Саме в цьому напрямку зараз працює лабораторія Новоселова.