Товщина графеновой плівки - всього 1 атом: навіть на цій фотографії, зробленій атомним силовим мікроскопом, розгледіти її непросто (видно межу атомарного моношару і підкладки)
А так виглядає структура графена: найтонша «тканину» - і найміцніша
Графен є одним з можливих кристалічних станів вуглецю, при якому атоми організовуються в гігантські плоскі молекули завтовшки в один атом. У підсумку виходить міцна і пружна «нанотканини», що володіє до того ж прекрасної електропровідністю. Першовідкривачі графена припускали, що його властивості можуть бути з успіхом використані для створення швидкісних комп'ютерів, а також тканин, що відрізняються колосальної міцністю на розрив. Скотт Бунч (Scott Bunch) і Пол Макюен (Paul McEuen) знайшли йому ще більш цікаве застосування. Вивчаючи властивості графена, вчені перетворили його в мініатюрний електромеханічний резонатор, який можливо використовувати в якості високоточних ваг, здатних вимірювати масу мікроскопічних об'єктів - аж до окремих молекул і атомів. Принцип дії таких ваг - такий же, що і у ваг звичайних: досить помістити об'єкт на таку графенових плівку і виміряти її прогин.
Абсолютна більшість твердих матеріалів не піддається препарування на окремі плоскі зрізи товщиною в один атом. В якийсь момент, при досягненні порогової товщини, плівка починає або розпадатися, або згортатися в сферу. Однак вуглець є речовиною абсолютно унікальним. У формі алмазу його атоми організовуються в тетраєдри, що утворюють кристалічну решітку найбільш твердого з усіх відомих природних матеріалів. А ось в формі графіту вуглець є безліч міцних двомірних шарів, що складаються з шестигранних осередків - при цьому зв'язок між окремими шарами виявляється дуже слабкою. Таким чином, для того, щоб отримати шар вуглецю в кілька атомів товщиною, досить легенько провести олівцем по папері. І хоча отримання графена - процес дещо складніший, він, тим не менш, не може не дивувати своєю простотою.
У кварцовою підкладці протравливаются мініатюрні канавки шириною 1 мкм і глибиною 300 нм. Потім на неї наноситься тонкий шар вуглецю, просто «зафарбовуючи» підкладку шматочком графіту, приклеєного на кінчик зубочистки. За допомогою оптичного мікроскопа встановлюється місце розташування канавок - вони заповнені дуже тонкими шарами графіту, шириною близько десятків тисяч атомів. При цьому товщина окремих прошарків не перевищує 1 атом - іншими словами, в канавках з'являються фрагменти графена. Наявність подібних шарів підтверджується спектроскопическими спостереженнями, а також даними атомної силової мікроскопії (АСМ).
До графенових містках, що з'єднує краї деяких канавок, учені підвели невелика напруга, під дією якого вони почали коливатися. Частота і амплітуда коливань реєструвалася за допомогою лазера, що в підсумку дозволило точно оцінити жорсткість даного матеріалу. «Швидкість вібрацій подібних зрізів визначається їх товщиною, розмірами і ступенем жорсткості, властивої даному конкретному речовини. Судячи з усього, графен є найбільш жорстким з усіх відомих нам матеріалів. Крім того, він дуже тонкий і легкий, що робить його надзвичайно чутливим інструментом для вимірювання маси та тиску. По суті графен є найтоншою вібруючою структурою, яку ми можемо отримати. І можна лише дивуватися тому, наскільки це просто », - говорить Скотт Бунч.