Графен, один из самых прочных материалов на свете, имеет, оказывается, свою ахиллесову пяту – при определенных условиях он может стать очень хрупким. Правда, пока это только теория, требующая своего экспериментального подтверждения.

Тревогу забил доцент Колумбийского университета Крис Марианетти (Chris Marianetti). Проведя на суперкомпьютерах квантовомеханические расчеты, он попытался понять, как поведет себя графен, если его растягивать. Выяснилось, что если начать растягивать графенову пленку во все стороны, то его кристаллическая решетка изменит свою структуру и материал станет механически нестабильным.

Рис. 1. Схематическое изображение фонона мягкого состояния в графене. Неповрежденная решетка графена показана желтым.

По словам Маринетти, причина этой нестабильности – так называемый «фонон мягкого состояния». Фонон в физике твердого тела представляет собой квазичастицу, коллективную звуковую волну, которая распространяется по кристаллической решетке подобно волне на водной поверхности, но при этом подчиняется законам квантовой механики и ведет себя как частица. Распространяясь по решетке графена, подвергнутого указанному растяжению, фонон искажает его идеальную кристаллическую решетку, создает в ней что-то вроде пчелиных сот из атомов углерода в виде изолированных шестиугольников. Новый кристалл структурно слабее прежнего, что приводит к механическим повреждениям.

По словам Марианетти, подобное поведение фонона известно с шестидесятых годов прошлого века, но его никогда не связывали с появлением трещин. Необычность здесь и в том, что все повреждения материала до сих пор вызывались уже имеющимися дефектами кристаллической решетки, а здесь, графен, эта идеальная кристаллическая пленка без единого изъяна, вдруг начинает трескаться… Марианетти утверждает, что он уже придумал несколько экспериментов по проверке своих теоретических предсказаний.