Журнал «Вокруг Света» №12 за 2010 год

За прошедшие 10 лет в поисках латимерии подводные аппараты неоднократно опускались в глубины океана. В естественной среде были отсняты не только коморские, но и южноафриканские и индонезийские целаканты. Было получено огромное количество ценнейшей научной информации. Однако ученые констатируют быстрое уменьшение популяций кистеперов. Там, где 20 лет назад их были десятки, сейчас — единицы. Исследователи и общественные организации лишь в малой степени могут предотвратить исчезновение «живого ископаемого». На то, чтобы изменить тактику лова рыбы местными рыбаками, не раз выделялись большие деньги. Однако прогнозы не очень утешительны. Латимерии размножаются медленно, а население островов растет быстро. Для многих рыба — чуть ли не единственный источник пищи. Сумеем ли мы сохранить «старину-четверонога», чудесную рыбу, прошедшую через планетарные катаклизмы, выжившую в них, но вынужденную жить в одно время с нами? Время покажет.

Андрей Островский

Глубина плоскости

Константин Новоселов (бороду он давно сбрил) и Анд рей Гейм выполнили работу нобелевского уровня, экспериментируя с обыкновенным грифелем. Кто бы мог подумать, что крошечные чешуйки, остающиеся на грифельной доске, станут первым экспериментально изученным двумерным кристаллом. Фото: ЮЛИЯ БЛЮХЕР, FLICKR

Вполне естественно, что в российских блогах и СМИ немедленно возникла бурная полемика, можно ли считать нобелиатов российскими учеными. За этими по большому счету политическими дискуссиями стал как-то теряться главный вопрос: а за что, собственно, присуждена главная в мире премия? Краткая формулировка, объявленная Нобелевским комитетом, звучит так: «За революционные эксперименты с двумерным материалом графеном». Эта фраза, однако, мало что проясняет для широкой публики, и поэтому СМИ, стремясь к упрощению, сразу приписали им честь «открытия графена», что, вообще говоря, неверно.  Графен — это двумерный углеродный кристалл, то есть твердый одноатомный слой из атомов углерода, образующих шестиугольные ячейки. Правда, называть такой слой твердым можно только с некоторой натяжкой. В обыденном понимании твердость — это способность вещества сохранять форму, сопротивляясь механическим воздействиям. Лист же графена в сотни раз тоньше пленки мыльного пузыря и сам по себе так неустойчив, что фактически не может существовать в свободном состоянии. И все же для физиков это твердое фазовое состояние, поскольку внутри графенового листа сохраняется взаиморасположение атомов углерода. При этом благодаря своей двумерной структуре графен обладает целым рядом совершенно уникальных физических свойств, которые делают его перспективным материалом для электроники.

Меж алмазом и графитом

Удивительные кристаллические свойства углерода связаны с тем, что это самый легкий из элементов, имеющий четыре валентных электрона. Высочайшая твердость алмаза определяется тем, что каждый атом соединен с четырьмя соседями прочными химическими связями, образующими жесткий каркас. В графене же каждый атом связан лишь с тремя соседями, и все атомы кристалла располагаются в углах, заполняющих плоскость правильных шестиугольников. А вот роль четвертого валентного электрона каждого атома существенно иная. С одной стороны, он оказывается как бы лишним и потому свободным, обеспечивая электропроводность   получившейся структуры. С другой — усиливает три основные связи в кристаллической решетке, в результате чего расстояния между соседними атомами в углеродном листе оказываются даже короче, чем в алмазе (0,14 нм против 0,15), а по прочности на разрыв он превосходит алмаз.

Но разве не так устроены слои в кристаллической структуре графита, которую изучают в школе? Совершенно верно, графит как раз и есть толстая пачка графеновых листов. Вместе их удерживают не прочные химические связи, образованные валентными электронами, а слабое межмолекулярное взаимодействие, ведь, по сути, углеродные слои можно рассматривать как гигантские плоские молекулы. Расстояние между ними в 2,4 раза больше, чем между атомами внутри слоя. Слои легко скользят друг по другу, что позволяет делать из графита так называемую твердую смазку.

Еще недавно считалось, что плоские кристаллические решетки существовать не могут — они обязательно свернутся в нанотрубку 1. При этом давно известно, что решетка обычного графита 3 состоит как раз из таких плоских слоев, слабо сцепленных друг с другом, поэтому графит оставляет на бумаге след. Заслуга Гейма и Новоселова в том, что они научились получать графит с плоской решеткой — графен 4 — и исследовали его свойства. В частности, межатомные связи у него оказались сильнее, чем в решетке алмаза 2, поэтому графеновая пленка обладает уникальной прочностью. Фото:  SHUTTERSTOCK, ЮЛИЯ БЛЮХЕР

Парадоксы двумерного мира