Graphen spatřil světlo světa v roce 2004 v laboratoři Andrého Geima, výzkumného pracovníka Manchesterské univerzity. Tvoří jej rovinná síť několika vrstev vzájemně propojených atomů uhlíku uspořádaných do tvaru šestiúhelníků podobně jako u pláství medu.
Pro lepší názornost si představte, že gumujete čáry tužkou na papíře. Při tom vlastně neděláte nic jiného, než že postupně smazáváte jednotlivé vrstvy grafitu. Gumujete dál, až vám na papíře zbydou pouhé jedna nebo dvě vrstvy grafitu, a právě to je graphen - nejtenčí možný grafit, materiál velmi podivných vlastností, do jehož využití vkládají vědci velké naděje.
Kleinův paradox
Geimův tým ve své práci naznačuje, že elektrony v graphenu se chovají tak, jakoby neměly žádnou hmotnost a pohybovaly se rychlostí světla, což u jiných materiálů dosud nebylo pozorováno.
Navíc by se prý dal graphen využít i při experimentu, kterým by mohl být pozorován tzv. Kleinův paradox, jev, o kterém se dosud myslelo, že k němu dochází pouze v extrémních podmínkách, jaké panují například v blízkém okolí černých děr.
Paradox zformulovaný roku 1929 švédským fyzikem Oskarem Kleinem popisuje bizarní chování rychle se pohybujících elektronů. O co jde? Pokud bychom vložili elektron do otevřené křemíkové krabice, pak by v ní podle zákonů klasické fyziky zůstal uvězněn. Ale podle kvantové fyziky by se mohl „protunelovat“ ven. Čím vyšší a tlustší stěny by krabice měla, tím menší by byly jeho šance na únik. Ovšem Kleinův paradox tvrdí, že pokud by se částice pohybovaly dostatečně rychle, tak by jim v tunelování nezabránily ani nekonečně vysoké stěny. Elektrony by procházely stěnami, jakoby tam žádné nebyly.
Nové tranzistory
Doposud byli fyzici přesvědčeni, že pozorování tohoto jevu by bylo možné pouze v urychlovačích, při krátkodobém vzniku supertěžkých atomových jader. Nicméně Geim a jeho spolupracovníci tvrdí, že experiment provedou při mnohem menších energiích během příštích několika let v laboratoři.
Prozatím uvažují o jednoduchém obvodu s páskou z graphenu přerušeném polovodičovou bariérou. Velikost bariéry by při tom byla řízena napětím na polovodiči. Když bude bariéra nízká, elektronům bude v průchodu zabráněno, ale pokud bude dost vysoká, pak by měly projít skrz. Tak si to aspoň Geim a jeho tým představují.
Pokud vše dopadne dle jejich očekávání, bude možné tohoto jevu využít při vývoji nového druhu tranzistorů.
