石墨烯，这个在实际国际上找不到天然实体、需求提炼才干生成的物质，却被认为将会给国际带来巨大变化。咱们先来阐明一下啥是石墨烯。这个称号中的“石墨”(graphite)二字咱们大都不生疏，由于铅笔的笔芯即是由它和粘土混合而成的。从元素的视点讲，石墨是由碳元素组成的。在电子显微镜下，咱们能够发现石墨的布局是层状的，每一层的碳原子都排列成严密的蜂窝状六边形网格，层与层之间的间隔则比较大，构成松懈的堆砌[注一]。铅笔之所以在纸上悄悄一划就会留下痕迹，正是这种松懈堆砌的成果。那么石墨烯(graphene)又是啥呢？它即是单层的石墨。
　　石墨烯这个称号是从1987年开端使用的，但在那之前，就现已有人对这种单层原子组成的二维布局发生了爱好，由于这种布局比实际国际里的三维布局来得简略，很适宜当作例题收录在教科书里[注二]。经过这种象牙塔式的爱好，大家开端对石墨烯的性质有了一些理论上的知道。这种知道，加上技术领域对新资料的需求日益旺盛，使大家对石墨烯发生了更实际的爱好，企图将它由单纯的象牙塔物质“选拔”为实在资料。
　　初看起来，这种“选拔”好像不会太艰难。事实上，当咱们用铅笔在纸上悄悄划过期，划痕中就能够会呈现单层的石墨——即石墨烯。但疑问是，铅笔的划痕从微观视点讲实在是太大了，在那里搜索石墨烯简直就象是在整个喜马拉雅山脉中搜索一片薄冰，即使找到也只能算是瞎猫碰上死耗子。而科学家们需求的是体系的办法，是能够仿制的成功，这却是适当艰难的。直到二十一世纪初，大家所到达的最佳成绩——即最薄的石墨片——也只到几十层原子的水平。
　　更蹩脚的是，有痕迹标明，象石墨烯那样的二维资料有能够是注定只能存在于象牙塔里的。由于早在二十世纪三十年代，闻名俄国物理学家朗道(LevLandau)等人就已证明，二维资料的热运动涨落会损坏自身的布局。试验上制备石墨烯的种种失利测验好像也在佐证着这一定论，比方石墨层越薄，就越简单曲折成球状或柱状，而无法保持平面布局[注三]。因此，制备石墨烯曾被许多人认为是注定无法成功的。
　　但以盖姆为中心的试验组却不信这个邪，决意测验这一看似不能够的使命。这种测验对他们来说，乃是一贯作风的连续。由于在盖姆试验组里，对各种风趣、乃至风趣得近乎荒唐的作业的测验现已到达了制度化的程度，他们每星期都简直固定地拿出10%的时刻来做一种所谓的“星期五之夜试验”(Fridayeveningexperiment)，专门测验各种八怪七喇的作业。制备石墨烯的作业也是从一个“星期五之夜试验”开端的。经过一些失利的测验后，他们采用了所谓的“通明胶大法”(Scotchtapetechnique)，即用通明胶粘住石墨层的两个面，然后扯开，使之分为两片。经过不断重复这一“大法”，并辅以其它手法，他们结尾制备出了石墨烯。
　　盖姆和诺沃肖洛夫获奖后，许多媒体推出了烘托性的标题，比方“物理学家用通明胶和铅笔赢得诺贝尔奖”。这种标题简单给人一个幻觉，认为那是一项垂手可得的作业。事实上，盖姆试验组制备石墨烯的进程并不轻松，前后继续了一年多的时刻，制备出的石墨烯则只要几平方微米，要用高倍显微镜才干观测。并且由于石墨烯是高度通明的，在观测及制备进程中还有一个怎么分辩的疑问。盖姆试验组处理这一疑问的办法，是美妙有利地势用了石墨烯在厚度300纳米的二氧化硅晶片衬底上发生的光线干与效应。这一点是他们胜过其它研讨组的关键所在。但即使如此，他们其时选用的衬底若是不是二氧化硅而是其它晶片，或许晶片的厚度不是300纳米，而是略大或略小，就都有能够无法分辩石墨烯。而他们其时之所以选用了适可而止的衬底，据诺沃肖洛夫回想乃是纯属偶尔。因此，盖姆试验组的成功背面既有长时刻的尽力和美妙的构思，也有命运的成分。当然，已然想到了正确的办法，发现适宜的衬底应该是早晚的作业，从这点上讲，他们的成果并非偶尔。
　　那么，这种辛辛苦苦制备出来的二维资料在咱们这个三维国际里终究有啥用途呢？在实际的用途呈现之前，它在理论上的用途就现已招引了科学家们的爱好。物理学家们早在1956年就发现，托二维国际的福，石墨烯中的电子运动具有很独特的性质，即电子的质量似乎是不存在的。这种性质使石墨烯成为了一种稀有的可用于研讨所谓相对论量子力学的凝聚态物质——由于无质量的粒子有必要以光速运动，然后有必要用相对论量子力学来描绘。而更美妙的是，那种相对论量子力学中的“光速”并不是真空中的光速，而只要后者的1/300。许多科学爱好者或许读过俄国物理学家伽莫夫(GeorgeGamow)所写的科普著作《物理国际奇遇记》(Mr.TompkinsinPaperback)，在那部著作中伽莫夫设想过一个光速很缓慢的国际。从某种意义上讲，石墨烯即是那样一个国际，它所具有的美妙性质为理论物理学家们供给了一片研讨相对论量子力学的新天地，使他们不只能够把一些原先要用巨型加速器来研讨的疑问搬到个人的小型试验室里，并且还能够研讨一些用巨型加速器都未曾有时机透彻研讨的东西，比方所谓的克莱因佯谬(Klein'sparadox)或相对论量子力学特有的所谓“颤振”(zitterbewegung)效应，乃至还能够研讨曲折空间里的相对论量子力学——由于在石墨烯这个舞台上，曲折空间不过即是曲折的石墨烯罢了。这些理论研讨不只体裁新颖，并且还格外便于观测，由于石墨烯是二维的，一切表象都呈如今表面上，不会象三维资猜中的表象那样有能够跑到物质内部去。
　　除了成为研讨相对论量子力学的新天地外，石墨烯还具有所谓的量子霍耳效应(quantumHalleffect)，这种自身即是诺贝尔奖量级的重要效应以往是要在极低温下才干闪现的，石墨烯却能将它带到室温下。诺沃肖洛夫在承受媒体采访时从前表明，要让物理学家们改动个人的研讨方向，有必要用比他们所研讨的风趣十倍的东西来诱惑。石墨烯对许多理论物理学家来说无疑就具有那样的魅力，因此招引了很多的追随者。