Какими только странными вещами не занимаются учёные. Одному вот пришло в голову заставить летать лягушку в сильном магнитном поле. За это ему даже присудили Шнобелевскую премию. А десять лет спустя за исследование кончика карандаша — уже Нобелевскую премию по физике. В 2010 году премия вручена Андрею Гейму и Константину Новосёлову за новаторские эксперименты с графеном.

История с летающей лягушкой — Андрей Гейм с Майклом Берри, кстати, заставляли летать не только лягушек, но и кузнечиков, клубнику и орехи — наглядный урок для тех, кто требует от науки немедленных и желательно коммерческих результатов. И правда, что за чешуя — левитирующая лягушка! Конечно, физикам удалось тем самым доказать, что достаточно мощное магнитное поле (лягушку подняло в воздух магнитное поле силой 16 тесла, что примерно в 400 тыс. раз мощнее магнитного поля Земли) способно поднять в воздух даже непроводящие материалы. Но прямого практического значения это открытие, хоть и удивившее учёных, явно не имело. За него авторы и были в 2000 году отмечены Шнобелевской премией.

Журналисты, обычно пишущие о Шнобелевке, однако, часто забывают, что присуждается она за открытия, которые заставляют сначала смеяться, а потом задуматься. Опыты, которые в 2004 году проводил Андрей Гейм со своим учеником Константином Новосёловым в лаборатории Манчестерского университета, очевидно, тоже тянули на Шнобелевку. Собственно, вы и сами можете их повторить. Всё, что для этого нужно, — кусок скотча и чешуйка, отшелушенная от куска графита. На худой конец подойдёт самый мягкий карандаш.

Теперь поместите эту чешуйку на скотч, сложите его и аккуратно раскройте склеенный кусок. Если вы всё делали правильно, то увидите уже чешуйки. Никакого волшебства: чешуйки графита — это стопки тончайших листиков толщиной в один атом углерода. Теперь сложите скотч так, чтобы при раскрытии у вас получилось четыре чешуйки. И продолжайте в том же духе, пока на клейкой стороне скотча у вас не получится рисунок, напоминающий тест Роршаха. Вглядитесь в него внимательно. А теперь посмотрите на себя со стороны. На первый взгляд то, чем вы только что занимались, довольно смешно. Если присмотреться пристальнее, а ещё лучше — аккуратно отделить полученные в результате многократных манипуляций чешуйки и положить их под микроскоп, то вы увидите графен.

Так — ну или примерно так — и были получены первые образцы этого странного материала, который считается одной из форм кристаллического углерода и одним из наиболее перспективных материалов электроники будущего. За углерод вручают Нобелевку не впервые. В 1996 году Нобелевская премия по химии была вручена Роберту Керлу, Гарольду Крото и Ричарду Смолли за открытие фуллерена — особой формы углерода, представляющей собой 60 атомов углерода, образующих похожий на футбольный мяч шарик. Другая известная форма углерода — нанотрубка, обладающая удивительными физическими свойствами — прочностью, проводимостью и т.д.

То, что графит состоит из тонких слоёв атомов, было известно уже давно. Этому учат даже в школе. Помните? Мягкость графита обусловлена тем, что тонкие слои атомов углерода относительно легко отделяются друг от друга, что, собственно, и позволяет карандашу писать. Но вот получить изолированный и подходящий для экспериментов фрагмент графена первым пришло в голову Гейму и Новосёлову. Они не только получили первые чешуйки графена, но и исследовали его свойства. А свойства оказались необычными.

Необычность графена проявляется даже в том, что у него, в сущности, нет толщины. Точнее, слой графена толщиной ровно в один атом углерода. Это действительно двумерный кристалл, площе которого только плоскость евклидовой геометрии. Впрочем, в отличие от плоскости, у графена есть плотность и вес, но какой! Квадратный метр графена весит всего 0,77 мг. Неудивительно, что он почти невидимый: тончайшая сетка атомов углерода, расположенных друг от друга на расстоянии десятой доли нанометра, поглощает только 2,3% падающего на неё света. Этим, впрочем, особые свойства графена не исчерпываются.

Будучи почти невесомым и невидимым, графен — в двух своих измерениях — почти в 100 раз прочнее стали. Сетка из графена площадью 1 кв. м способна выдержать вес в 4 кг. При этом такая сетка ещё может и растягиваться: графен, напомним, кристалл, но при этом способен выдерживать растяжение до 20%. Электрические и термические свойства графена не менее замечательны. Если сравнивать графен с одним из лучших проводников электричества и тепла — привычной медью, то однослойный углерод при комнатной температуре проводит электричество в полтора, а тепло — в 10 раз лучше, чем медь.

Неудивительно, что необычные свойства графена сделали этот материал одним из любимых объектов исследования современной физики твёрдого тела. И хотя за несколько лет получены однослойные материалы из других химических соединений, графен остаётся одним из главных претендентов на звание материала будущего. Главная проблема, которую предстоит решить учёным, чтобы можно было использовать графеновые плёнки на производстве, — выработать технологию производства графена большой площади.

Пока удалось почти промышленными методами научиться создавать графеновые плёнки шириной до 70 см. Плёнки такого размера уже активно тестируют на применимость в сенсорных экранах и световых панелях. Не исключено, что из графена будут сделаны солнечные панели ближайшего будущего. А исследовательское подразделение Hewlett-Packard уже вплотную занято разработкой принципиально нового типа электронных элементов — графеновых мемристоров, которые способных менять и «запоминать» свою проводимость даже после снятия напряжения.

Если учесть яркость открытия и его реальные промышленные перспективы, Нобелевская премия за чешуйки, несмотря на кажущуюся несерьёзность опытов 2004 года, была вполне ожидаема — рано или поздно. Ещё в прошлом году Гейма и Новосёлова их коллеги по научному сообществу называли в числе самых вероятных кандидатов на награду. Но всё равно приятно. Приятно, что самая сложная наука может быть такой смешной и заставлять думать.

Владимир Харитонов, обозреватель портала «Частный корреспондент»