石墨烯諾獎得主的中國情緣

劉國偉

單層石墨烯一度“徒有虛名”

2010年12月，康斯坦丁·諾沃肖洛夫與其老師英國曼徹斯特大學物理學家安德烈·海姆因為“在二維石墨烯材料的開創性實驗”，一起獲得2010年諾貝爾物理學獎。那么，這兩位科學家在石墨烯領域為什么能夠取得突破？

從19世紀中葉起，不斷有科學家開始關注到石墨結構的特別之處，并從各方面開展研究。1947年，加拿大理論物理學家菲利普·華萊士首次探索了石墨烯的理論。隨著科學家們在電子顯微鏡下觀察到層疊在一起的石墨薄片，如何通過化學剝離獲得單層石墨烯的問題，就提上了科學界的日程。1986年，3位科學家造出了石墨烯（graphene） 一詞，它是由石墨（graphite）的前5個字母和一個表示烯類物質的后綴（-ene）構成。

雖然有了自己的名字，但是石墨烯當時仍是一種假設性的結構，因為在自然界中它無法穩定地單獨存在。在很長時間里，科學研究止步于多層石墨烯組成的污泥狀物質。只有成功地在實驗中從石墨中分離出單層的石墨烯，才能證實它可以單獨存在。通過機械剝離，制造更薄的石墨結構的努力在上世紀90年代就開始了，但是科研人員勞而無功，因為加工到幾十層結構的時候就難以繼續推進了。由于苦求單層石墨烯而不可得，科學界甚至有人開始懷疑單層石墨烯是否真的存在。

2004年，英國曼徹斯特大學的安德烈·海姆和康斯坦丁·諾沃肖洛夫獨辟蹊徑，用一種匪夷所思的方法制出了單層石墨烯結構，此舉驚動了當時的科學界。……