Казалось бы, у такого тщательного и всесторонне исследованого элемента, как углерод, вряд ли остались секреты - по крайней мере в том, что касается его чистых аллотропных модификаций. Но совсем недавно произошел ряд неожиданных событий. Фуллеры и углеродные нанотрубки стали первыми новыми формами углерода, которые явились на нанотехнологическую вечеринку, и все ждали, когда же к ним присоединится графен. Этим термином называется одиночный слой графита толщиной всего в один атом углерода - собственно, просто плоскость, заполненная подобием конденсирванных бензольных колец, простирающихся во всех направлениях.
Графен - редкий пример хорошо изученного соединения, которое долго не удавалось выделить. Его успели хорошо изучить благодаря иследованиям тончйших графитовых слоев и углероднх нанотрубок, которые, в сущности, представляют собой просто цилиндры свернутых графеновых листов. Однако никто не мог убедительно продемонстрировать плоский материал толщиной в один атом. Более того, полагали, что такой материал, состоящий из атомов углерода, спонтанно свернется в нанотрубки, если его даже и получат.
Но в 2004 г. российские физики Андрей Константинович Гейм и константин Сергеевич Новоселов получили воспроизводимые образцы углеродных листов, бесспорно представлявших собой графен. Они использовали ошеломляюще простую методику: на графит наклеивали липкую ленту и снимали с ее помощью слой за слоем. Существует несколько вариантов этой методики, но вполне достаточно следующей процедуры: слой графита помещает между двумя кусочками липкой ленты, затем их склеивают и разнимают - и так много раз. Проблема в том, чтобы обнаружить графен, когда дело дойдет до самых тонких слоев: к тому времени они становятся прозрачны.
Благодаря своей прочности, прозрачности и электропроводимости графен представляет колоссальный интерес с точки зрения оптических, электрических и механических свойств, которые сейчас исследуются с поистине бешенной скоростью. Графеновые слои, осаждаемые на другие субстраты, служат обширным полем для исследования, как и углеродные слои, куда намеренно вносят дефекты и примеси: такие материалы могут обладать необычными полупроводниковыми свойствами или использоваться как основа для солнечных батарей. Аналогичные методики применяются для иных тонкослойных субстанций (например, для черного фосфора, из которого можно получить двумерный фосфорен). Сообщалось об аналогичных кремниевых и германиевых листах. Вероятно, скоро за ними последуют и монослои других элементов.