Novoselov i Geim, którzy studia skończyli w Rosji, po raz pierwszy spotkali się w Holandii, gdy Novoselov robił doktorat. Razem wyjechali do Wielkiej Brytanii, gdzie zostali profesorami University of Manchester. W październiku roku 2004 opublikowali na łamach "Science" artykuł, który wywołał poruszenie na całym świecie.
Wyizolowali grafen z kawałka grafitu, który można znaleźć w zwykłym ołówku. Co więcej, do uzyskania jego jednoatomowej warstwy wykorzystali zwykłą taśmę samoprzylepną. Wielu specjalistów nie wierzyło, że jednoatomowa warstwa jakiegokolwiek materiału może być stabilna.
Grafen to najmocniejszy znany materiał
Tymczasem grafen to najmocniejszy znany materiał, ponad 100 razy mocniejszy niż stal, a zarazem tak elastyczny, że można go bez szkody rozciągnąć o 20 proc. Podobnie jak diament, składa się z atomów węgla, pierwiastka, bez którego nie mogłoby istnieć życie w znanej nam formie. Atomy węgla tworzą w grafenie płaską, praktycznie dwuwymiarową siatkę o sześciokątnych oczkach, której struktura przypomina plaster miodu.
Grafen jest równie dobrym przewodnikiem elektryczności co miedź, a pod względem przewodnictwa ciepła przewyższa wszystkie znane materiały. Choć jest niemal całkowicie przezroczysty (pochłania tylko 2,3 proc. światła), przez jego warstwę nie przechodzą nawet maleńkie atomy helu.
Dzięki grafenowi fizycy mogą w nieosiągalny wcześniej sposób badać zjawiska z zakresu mechaniki kwantowej, gdyż elektrony poruszają się w grafenie z prędkością sięgająca 1/300 prędkości światła. Pozwala to wykonywać wiele doświadczeń, które dotąd wymagały użycia akceleratora.
Z grafenu powstają nowe komponenty elektroniczne - na przykład tranzystory, dużo szybsze od powszechnie stosowanych tranzystorów krzemowych. Komputery z grafenu mogłyby działać z częstotliwością rzędu 500-1000 gigaherców.
Przejrzystość i znakomite przewodnictwo sprawiają, że grafen nadaje się do wytwarzania przejrzystych, zwijanych w rolkę wyświetlaczy dotykowych, źródeł światła czy baterii słonecznych. Czujniki z grafenu potrafią zarejestrować obecność pojedynczej cząsteczki szkodliwej substancji.
Jako dodatek do tworzyw sztucznych, grafen może je przekształcić w przewodniki elektryczności, podnosi też odporność na ciepło oraz wytrzymałość mechaniczną. Tak elastyczne i wytrzymałe materiały nadają się do budowy samochodów, samolotów czy pojazdów kosmicznych.
Przez wiele lat uważano, że istnieją dwie odmiany węgla, różniące się ułożeniem atomów - diament i grafit. Struktura diamentu jest trójwymiarowa, co nadaje jej olbrzymią odporność. Grafit jest tak miękki, że można nim pisać po papierze - tworzące go płaskie warstwy atomów łatwo się po sobie ślizgają, co sprawia, że ołówkiem można pisać po papierze. Na milimetrową warstwę grafitu składają się trzy miliony oddzielnych, leżących na sobie warstw, dziś znanych jako grafen. Później okazało się, że istnieją jeszcze "zwinięte" z grafenu nanorurki i kuliste fullereny, przypominające piłkę.
Zapewne każdemu, kto pisał ołówkiem, udawało się od czasu do czasu uzyskać warstwę grafenu, choć o tym nie wiedział. Jednak nikt nie potrafił świadomie rozłożyć grafitu na pojedyncze warstwy - do czasu, gdy na ten pomysł wpadli tegoroczni nobliści.
W roku 2004 Geim i Novoselov wykorzystali taśmę klejącą, aby odrywać poszczególne warstewki z kawałka grafitu. Uzyskali w końcu jednoatomowe warstwy. Potem fragmenty grafenu przytwierdzali do płytki z utlenionego krzemu, standardowego materiału stosowanego w elektronice.
Pojedyncza warstwa węglowej siateczki o sześciokątnych oczkach mając grubość jednego atomu jest praktycznie dwuwymiarowa, choć nawet niewielki z punktu widzenia codziennego życia kawałek grafenu składa się z miliardów atomów.
Obecnie, metodami podobnymi do stosowanych w produkcji układów elektronicznych, udaje się uzyskiwać arkusze grafenu o szerokości nawet 70 centymetrów. Metr kwadratowy grafenu ważyłby 0,77 miligrama. Gdyby zrobić niego hamak, utrzymałby ciężar 4 kilogramów - czyli przeciętnego kota. W dodatku byłby niewidoczny i ważył tyle, co koci wąs.
Stępniewski: grafen przyszłością tzw. szybkiej elektroniki
Prof. Roman Stępniewski z Zakładu Fizyki Ciała Stałego Uniwersytetu Warszawskiego o Nagrodzie Nobla w dziedzinie fizyki dla Andre Geima i Konstantina Novoselova uhonorowanych za wyizolowanie i opisanie grafenu:
"To bardzo istotne i bardzo ważne odkrycie. Zresztą widać to po decyzji Komitetu Noblowskiego, który docenił osiągnięcia z 2004 roku - wtedy zaczęły się pierwsze prace badawcze. Sześć lat to nie jest dużo w badaniach naukowych. Oczywiście bardzo cieszę się i gratuluję laureatom, bo my również pracujemy nad grafenem, więc ten temat jest mi bardzo bliski.
Grafen to bardzo interesujący materiał. To pojedyncza warstwa węglowa o grubości 1 atomu ułożona niczym plaster miodu. Ma unikatowe własności mechaniczne, elektryczne i ogólnie fizyczne. Trudo go porównać z jakimkolwiek innym materiałem.
Jest bardzo silny i odporny w szczególności na drganie i rozciąganie. Jest przewodzący, ale jednocześnie przezroczysty, bo ze względu na swoją grubość absorbuje tylko 2 proc. światła.
Przewiduje się, że jest to materiał, który w przyszłości może zastąpić krzem w zastosowaniach elektronicznych na potrzeby tzw. szybkiej elektroniki.
Od lat urządzenia elektroniczne, komputery, zegarki, telefony bazują na właściwościach krzemu. Krzem jest obecnie najlepszym i najpowszechniej używanym materiałem, z którego powstają tranzystory. Jednak wymagania techniki cały czas rosną, komputery są coraz szybsze i mniejsze. W końcu ze zmniejszającymi się rozmiarami tranzystorów dojdziemy do wielkości pojedynczych atomów, a tak małych elementów nie będzie już można wykonać.
Dlatego intensywnie szuka się innych materiałów, które mogłyby zastąpić krzem, w momencie gdy dojdziemy do tej bariery. Grafen w tej chwili jest najpoważniejszym kandydatem do zastąpienia krzemu, właśnie ze względu na swoje unikatowe własności.
Nie ma jeszcze gotowych układów elektronicznych bazujących na grafenie, to wszystko wymaga jeszcze intensywnej pracy naukowców i technologów".
Laureaci Nagrody Nobla w dziedzinie fizyki w ostatnich 10 latach:
2009 - nagrodę otrzymał Charles K. Kao (Chiny/Wielka Brytania) za przełomowe osiągnięcia dotyczące transmisji światła we włóknach optycznych oraz Willard S. Boyle (Kanada/USA) i George E. Smith (USA) za wynalezienie półprzewodnikowego obwodu obrazującego - sensora CCD.
2008 - nagrodę podzielono między Amerykanina japońskiego pochodzenia Yoichiro Nambu oraz Makoto Kobayasiego i Toshihidę Maskawa z Japonii. Prace laureatów dotyczyły budowy materii i całego Wszechświata.
2007 - Francuz Albert Fert oraz Niemiec Peter Gruenberg zostali nagrodzeni za odkrycie zjawiska gigantycznego magnetooporu (w skrócie GMR) niezależnie od siebie, w 1988 roku. Dzięki ich badaniom możliwa stała się radykalna miniaturyzacja twardych dysków, stosowanych m.in. w laptopach oraz w niektórych odtwarzaczach muzycznych.
2006 - nagrodę otrzymali amerykańscy astrofizycy: John C. Mather i George F. Smoot. Nagroda przyznana została za badania, które spoglądają wstecz - na młodość naszego Wszechświata i czynią wysiłki, aby zrozumieć narodziny galaktyk i gwiazd.
2005 - Roy Glauber (USA) otrzymał połowę nagrody Nobla z fizyki za teoretyczny opis zachowania cząstek światła. John Hall (USA) i Theodor Haensch (Niemcy) podzielili się drugą połową nagrody za wkład w rozwój precyzyjnej spektroskopii laserowej
2004 - David J. Gross, H. David Politzer i Frank Wilczek (wszyscy z USA) podzielili się nagrodą, przyznaną im za odkrycie asymptotycznej swobody w teorii silnych oddziaływań.
2003 - Alexei A. Abrikosov (Rosja i USA), Witalij L. Ginzburg (Rosja) i Anthony J. Leggett (Wielka Brytania) otrzymali Nagrodę Nobla za badania w dziedzinie fizyki kwantowej, dotyczące nadprzewodnictwa i nadciekłości.
2002 - Riccardo Giacconi (USA), Raymond Davis Jr. (USA) i Masatoshi Koshiba (Japonia) zostali uhonorowani za wykrycie cząstek neutrino w kosmosie oraz za udział w odkryciu źródeł promieniowania X.
2001 - Wolfgang Ketterle, Eric A. Cornell i Carl E. Wieman zostali laureatami Nagrody Nobla za stworzenie nowego stanu materii - kondensatu rozcieńczonych gazów Bosego-Einsteina.
2000 - Żores I. Alferow (Rosja), Herbert Kroemer (Niemcy) i Jack S. Kilby (USA) zostali uhonorowani za badania w dziedzinie nowoczesnych technologii informatycznych, a szczególnie za prace nad szybkimi tranzystorami, diodami laserowymi oraz układami scalonymi.