石墨烯，這個在實際國際上找不到天然實體、需求提煉才干生成的物質，卻被認為將會給國際帶來巨大變化。咱們先來闡明一下啥是石墨烯。這個稱號中的“石墨”(graphite)二字咱們大都不生疏，由于鉛筆的筆芯即是由它和粘土混合而成的。從元素的視點講，石墨是由碳元素組成的。在電子顯微鏡下，咱們能夠發現石墨的布局是層狀的，每一層的碳原子都排列成嚴密的蜂窩狀六邊形網格，層與層之間的間隔則比較大，構成松懈的堆砌[注一]。鉛筆之所以在紙上悄悄一劃就會留下痕跡，正是這種松懈堆砌的成果。那么石墨烯(graphene)又是啥呢？它即是單層的石墨。
　　石墨烯這個稱號是從1987年開端使用的，但在那之前，就現已有人對這種單層原子組成的二維布局發生了愛好，由于這種布局比實際國際里的三維布局來得簡略，很適宜當作例題收錄在教科書里[注二]。經過這種象牙塔式的愛好，大家開端對石墨烯的性質有了一些理論上的知道。這種知道，加上技術領域對新資料的需求日益旺盛，使大家對石墨烯發生了更實際的愛好，企圖將它由單純的象牙塔物質“選拔”為實在資料。
　　初看起來，這種“選拔”好像不會太艱難。事實上，當咱們用鉛筆在紙上悄悄劃過期，劃痕中就能夠會呈現單層的石墨——即石墨烯。但疑問是，鉛筆的劃痕從微觀視點講實在是太大了，在那里搜索石墨烯簡直就象是在整個喜馬拉雅山脈中搜索一片薄冰，即使找到也只能算是瞎貓碰上死耗子。而科學家們需求的是體系的辦法，是能夠仿制的成功，這卻是適當艱難的。直到二十一世紀初，大家所到達的最佳成績——即最薄的石墨片——也只到幾十層原子的水平。
　　更蹩腳的是，有痕跡標明，象石墨烯那樣的二維資料有能夠是注定只能存在于象牙塔里的。由于早在二十世紀三十年代，聞名俄國物理學家朗道(LevLandau)等人就已證明，二維資料的熱運動漲落會損壞自身的布局。試驗上制備石墨烯的種種失利測驗好像也在佐證著這一定論，比方石墨層越薄，就越簡單曲折成球狀或柱狀，而無法保持平面布局[注三]。因此，制備石墨烯曾被許多人認為是注定無法成功的。
　　但以蓋姆為中心的試驗組卻不信這個邪，決意測驗這一看似不能夠的使命。這種測驗對他們來說，乃是一貫作風的連續。由于在蓋姆試驗組里，對各種風趣、乃至風趣得近乎荒唐的作業的測驗現已到達了制度化的程度，他們每星期都簡直固定地拿出10%的時刻來做一種所謂的“星期五之夜試驗”(Fridayeveningexperiment)，專門測驗各種八怪七喇的作業。制備石墨烯的作業也是從一個“星期五之夜試驗”開端的。經過一些失利的測驗后，他們采用了所謂的“通明膠大法”(Scotchtapetechnique)，即用通明膠粘住石墨層的兩個面，然后扯開，使之分為兩片。經過不斷重復這一“大法”，并輔以其它手法，他們結尾制備出了石墨烯。
　　蓋姆和諾沃肖洛夫獲獎后，許多媒體推出了烘托性的標題，比方“物理學家用通明膠和鉛筆贏得諾貝爾獎”。這種標題簡單給人一個幻覺，認為那是一項垂手可得的作業。事實上，蓋姆試驗組制備石墨烯的進程并不輕松，前后繼續了一年多的時刻，制備出的石墨烯則只要幾平方微米，要用高倍顯微鏡才干觀測。并且由于石墨烯是高度通明的，在觀測及制備進程中還有一個怎么分辯的疑問。蓋姆試驗組處理這一疑問的辦法，是美妙有利地勢用了石墨烯在厚度300納米的二氧化硅晶片襯底上發生的光線干與效應。這一點是他們勝過其它研討組的關鍵所在。但即使如此，他們其時選用的襯底若是不是二氧化硅而是其它晶片，或許晶片的厚度不是300納米，而是略大或略小，就都有能夠無法分辯石墨烯。而他們其時之所以選用了適可而止的襯底，據諾沃肖洛夫回想乃是純屬偶爾。因此，蓋姆試驗組的成功背面既有長時刻的盡力和美妙的構思，也有命運的成分。當然，已然想到了正確的辦法，發現適宜的襯底應該是早晚的作業，從這點上講，他們的成果并非偶爾。
　　那么，這種辛辛苦苦制備出來的二維資料在咱們這個三維國際里終究有啥用途呢？在實際的用途呈現之前，它在理論上的用途就現已招引了科學家們的愛好。物理學家們早在1956年就發現，托二維國際的福，石墨烯中的電子運動具有很獨特的性質，即電子的質量似乎是不存在的。這種性質使石墨烯成為了一種稀有的可用于研討所謂相對論量子力學的凝聚態物質——由于無質量的粒子有必要以光速運動，然后有必要用相對論量子力學來描繪。而更美妙的是，那種相對論量子力學中的“光速”并不是真空中的光速，而只要后者的1/300。許多科學愛好者或許讀過俄國物理學家伽莫夫(GeorgeGamow)所寫的科普著作《物理國際奇遇記》(Mr.TompkinsinPaperback)，在那部著作中伽莫夫設想過一個光速很緩慢的國際。從某種意義上講，石墨烯即是那樣一個國際，它所具有的美妙性質為理論物理學家們供給了一片研討相對論量子力學的新天地，使他們不只能夠把一些原先要用巨型加速器來研討的疑問搬到個人的小型試驗室里，并且還能夠研討一些用巨型加速器都未曾有時機透徹研討的東西，比方所謂的克萊因佯謬(Klein'sparadox)或相對論量子力學特有的所謂“顫振”(zitterbewegung)效應，乃至還能夠研討曲折空間里的相對論量子力學——由于在石墨烯這個舞臺上，曲折空間不過即是曲折的石墨烯罷了。這些理論研討不只體裁新穎，并且還格外便于觀測，由于石墨烯是二維的，一切表象都呈如今表面上，不會象三維資猜中的表象那樣有能夠跑到物質內部去。
　　除了成為研討相對論量子力學的新天地外，石墨烯還具有所謂的量子霍耳效應(quantumHalleffect)，這種自身即是諾貝爾獎量級的重要效應以往是要在極低溫下才干閃現的，石墨烯卻能將它帶到室溫下。諾沃肖洛夫在承受媒體采訪時從前表明，要讓物理學家們改動個人的研討方向，有必要用比他們所研討的風趣十倍的東西來誘惑。石墨烯對許多理論物理學家來說無疑就具有那樣的魅力，因此招引了很多的追隨者。