石墨烯,撕出来的王者
物理世界里曾经有位低调的王者,我们暂且称他为“薄薄一哥”。他长相平凡,就像你我身边的普通人。然而,他的独特却被充满好奇心的人类,用廉价的胶带把他带到了物理世界的C位,短短数年就震撼了整个科学界。说的这里,相信您已经知道,我说的这位王者就是石墨烯,一种由碳原子构成的奇特材料。
故事要从2004年说起,这一年,安德烈·盖姆和康斯坦丁·诺沃肖洛夫在实验室里捣鼓着一种新材料——石墨烯。想法很简单直接,就是用强力胶带将石墨一层层剥离,他们设想最极端情形就是剥离出剩下一个原子厚度的单层。这种想法甚至有点粗暴,但确实神奇实现了。不得不说好奇心真是好东西,我们大部分人小时候也都有,但不知为何慢慢地弄丢了,以至于安德烈·盖姆和康斯坦丁·诺沃肖洛夫报道他们研究成果时,有人忍不住笑虐“科学竟然就是用胶带发现的?”直到今天,依然有人说“石墨烯这个诺奖,就是撕出来的”,这成了一则科学界的笑话。
然而,笑话之后的结果却远远超出了所有人的预期,因为盖姆和诺沃肖洛夫的工作迅速引起了广泛关注,原因就在于他们发现石墨烯有着独特的电子结构。顺便提一句,他们撰写的石墨烯电子结构一文,引用已经高达数万次,实在是居家旅行、读研读博不可缺少的一味良药。因为石墨烯中靠近费米能级的电子行走起来竟然毫无阻碍,宛若脱缰野马,纵横奔腾。这又像是电子界狂荡少年自由狂欢,他们在石墨烯上肆意奔跑,乐此不疲。
人们震惊之余,迅速意识到这不仅仅具有非凡的科学意义,因为一系列奇特物理性能预示着它可能具备一时难以尽言的技术意义。 物理学家最早从石墨烯的能带结构,发现石墨烯的电子还能表现出一些奇妙的量子效应,如量子霍尔效应和量子输运现象。如果把两层石墨烯堆叠起来,变换堆叠方式,能让电子迅速从狂欢不羁的少年转向温婉尔雅的淑女,甚至特殊情形下还能让电子有效质量又迅速增加。
这可真是冰与火的交织。2010年,诺贝尔奖委员会再也没法淡定了,决定将诺贝尔物理学奖颁发给安德烈·盖姆和康斯坦丁·诺沃肖洛夫,以表彰他们在石墨烯研究方面的开创性工作。此时,距离石墨烯在胶带的牵引下步入人类的舞台,不过短短6年。