铅笔芯“兄弟”，未来半导体 2010-10-06 　来源: 解放日报(上海)

    本报记者 章迪思

　　北京时间昨天下午，瑞典皇家科学院正式宣布，将2010年诺贝尔物理学奖授予英国曼彻斯特大学科学家安德烈·海姆和康斯坦丁·诺沃肖洛夫，以表彰他们在石墨烯材料方面的卓越研究。

　　石墨烯是一种厚度仅相当于一个原子的碳薄片，是目前世界上最薄、最坚硬的材料之一，导电性又胜过所有已知金属。种种物理特性令石墨烯在2004年诞生后，便成为物理学的热门研究领域。连向来喜欢“姗姗来迟”的诺贝尔奖，也难得“慷慨”地将奖项颁给这个问世仅六年的“新发现”。

　　未来的半导体材料充满魅力

　　大多数人对石墨烯可能有些陌生，但对铅笔肯定熟悉。事实上，铅笔芯所用的石墨和石墨烯有非常近的关系。石墨是一种层状材料，由一层层的二维平面碳原子网络有序堆叠形成。由于层与层间的作用力较弱，因此很容易互相剥离，形成薄的石墨片，这也正是铅笔能在纸上留下痕迹的原因。所谓的石墨烯，就是厚度只有一个碳原子的单层石墨。

　　长久以来，科学家们一直认为这种单层的二维材料是无法稳定存在的，直到2004年，安德烈·海姆和康斯坦丁·诺沃肖洛夫师徒俩首次发现石墨烯，立即在科学界引起轰动。

　　“石墨烯的轰动之处，不仅在于它打破了二维晶体材料无法真实存在的理论预言，还为未来的半导体材料提供了无限想象力和可能性。”复旦大学物理系主任沈健如此评价。和很多凝聚态物理学家一样，沈健非常看好石墨烯在集成电路元器件方面的应用。众所周知，现在的半导体材料大多采用硅。相比之下，石墨烯非常容易制备，电子传输性能也远远优于硅材料。尽管目前仍有一些技术障碍，但在沈健看来，“大门已经打开，成功只是时间问题”。

　　平凡元素蕴非凡能量

　　石墨烯还有诸多“特异功能”：虽然很薄，但碳原子间的强大作用力使其成为目前已知的力学强度最高的材料，可广泛用于高强度复合材料之中；良好的导电性及其对光的高透过性，又让它在液晶显示以及太阳能电池等领域至关重要。可以说，石墨烯的出现不仅给科学家们提供了一个充满魅力与无限可能的研究对象，更有可能改变人类未来生活。

　　有意思的是，尽管石墨烯有诸多“神奇”之处，但从其元素构成来说，却是自然界最基本、也是最常见的元素——碳。“最‘平凡’的元素，恰恰蕴含着最‘非凡’的能量。”沈健介绍，碳元素以不同结构排列形成的不同物质，几乎都具有一定的特殊性：三维结构的金刚石，其坚固程度举世皆知；二维结构的石墨烯和一维结构的碳纳米管，如今双双成为材料学界的两颗新星，应用前景非常广阔。

　　“学问做得越深，越是发现自然界的法则有其精妙之处，这或许是物理学‘返璞归真’的乐趣所在。”沈健说。

　　现代研究依然呼唤“童心”

　　值得一提的是，安德烈·海姆和康斯坦丁·诺沃肖洛夫两人因石墨烯获奖，借助的研究手段却非常简单——他们只是用塑料胶带粘住石墨薄片的两端然后撕开，一再重复这一过程便得到了最薄的石墨烯，其简便性令人吃惊。

　　近年来，不少诺奖得主的成就，均离不开同步辐射装置、高能粒子对撞机等大型科学设施的“辅佐”，以至于给人造成一种错觉，即：在最先进的科学仪器、设施上做研究，更容易获得国际同行认可，获诺奖青睐的可能性也会增加。受此影响，在国内的学术界，也有不少人把精密的设备、高端的仪器，视为获得成功的必要前提。不少专家认为，安德烈·海姆和康斯坦丁·诺沃肖洛夫此次的获奖，无疑是对这种错误观念的有力反驳，它也再一次证明，创新精神和坚韧不拔的耐心，远远比仪器、设备重要得多。

    另据国外媒体报道，安德烈·海姆此前还有诸多妙趣横生的科学研究，例如用磁性让青蛙克服重力作用漂浮在空中、模仿壁虎脚上的绒毛承载巨大重量……前一项研究更是获得了2000年度的“搞笑诺贝尔奖”，海姆其人的“童心未泯”可见一斑。有学者认为，海姆获得的“一正一谐”两个诺奖，正好代表了现代科学研究的两个侧面：一方面，科学与现实的结合度越来越紧密，哪怕是基础研究也在尽量向应用靠拢，从理论发现到实际应用的周期越来越短，石墨烯便是一个典型；但另一方面，以“悬浮青蛙”为代表的天马行空的想象力，仍然是科学家最重要的品质。

    揽诺奖，两学者仍惦着工作（刊第6版）

    新华社供本报特稿 （蒋骢骁）英国曼彻斯特大学科学家安德烈·海姆和康斯坦丁·诺沃肖洛夫5日以石墨烯研究获得2010年度诺贝尔物理学奖。

    诺贝尔物理学奖评审委员会说，之所以授予这两位俄罗斯裔科学家物理学奖，是为了奖励他们 “研究二维材料石墨烯的开创性实验”。两人将分享1000万瑞典克朗 （约合150万美元）诺贝尔奖奖金。

    在当天宣布获奖者并介绍获奖成果之后，瑞典科学院的会议室内大屏幕定格显现海姆和诺沃肖洛夫的照片，评审委员会现场电话连线海姆，让他与记者互动。瑞典电视台一名记者首先提问，欲知获奖感受，海姆答曰“意料之外、震惊”，说他忘了当天是物理学奖揭晓的日子，而话语间却难以掩饰喜悦心情。瑞典 《每日新闻》记者问及当天后续日程安排，海姆回答：“回去工作。”

    海姆前一天工作到晚9时，5日早晨接获评审委员会获奖通知时正在电脑前回复一份邮件。依照他的说法，前一天睡得不错。“我今天打算继续工作，完成上星期没有写完的一篇论文，”他说，“我试着像以前一样生活，”因为自己不是因为获奖就会 “余生停止工作的人”。

    几个小时后，诺沃肖洛夫受到一名记者电话“骚扰”，却不愿放下手头实验，于是反问：“如果我现在不停下实验，是不是以后就不再有机会（接受采访）？”

    新闻发布会上，美联社记者问及石墨烯的应用前景，海姆回答，他无法作具体预测，但以塑料作比，推断石墨烯“有改变人们生活的潜力”。评审委员会认为，石墨烯可以应用于晶体管、触摸屏、基因测序等领域，同时有望帮助物理学家在量子物理学研究领域取得新突破。评审委员会还介绍，把研究工作视为“游戏”是海姆和康斯坦丁团队的特点之一，“在过程中学习，谁知道，或许有一天会中大奖”。

    据新华社伦敦10月5日电（记者黄）英国曼彻斯特大学教授安德烈·海姆和康斯坦丁·诺沃肖洛夫因在石墨烯研究方面的杰出成就荣获2010年诺贝尔物理学奖。消息5日公布后，两位学者通过曼彻斯特大学官方网站发表了获奖感言，海姆表示“将保持平常心”。

    安德烈·海姆说，有些科学家在获得诺贝尔奖后就几乎停止了研究，有些则近乎疯狂地继续工作，“而我会像平常一样走进办公室，继续努力工作，继续平常生活”。

    作为诺沃肖洛夫攻读博士时的导师，海姆这样评价他的学生兼共同获奖者：“许多人因为工作不努力而让我失望，但诺沃肖洛夫在工作上的努力从未让我失望。”

    诺沃肖洛夫说：“今天早上听说这个消息时，我非常惊喜，第一个想法就是奔到实验室告诉整个研究团队。”他表示，他与老师海姆之间有着非常融洽的合作研究关系，并且曼彻斯特大学也为他们提供了良好的研究环境。

新闻人物

一对师生老搭档

    安德烈·海姆，荷兰籍，1958年出生于俄罗斯的索契，1987年在俄罗斯科学院固体物理学研究院获得博士学位，目前同时受聘于英国曼彻斯特大学和荷兰奈梅亨大学，也是荷兰代尔夫特大学的名誉教授。海姆此前已获得许多荣誉和奖项，2000年他还获得 “搞笑诺贝尔奖”——通过磁性克服重力，让一只青蛙悬浮在半空中。康斯坦丁·诺沃肖洛夫1974年出生于俄罗斯的下塔吉尔，具有英国和俄罗斯双重国籍。2004年诺沃肖洛夫在荷兰奈梅亨大学获得博士学位。

    海姆和诺沃肖洛夫有许多 “共同点”：都出生于俄罗斯，都是在俄罗斯开始各自的物理学研究生涯，两人现在同为英国曼彻斯特大学物理与天文学院教授，而且他们还是多年的研究搭档。两人在荷兰奈梅亨大学相识，诺沃肖洛夫成为海姆的一名博士生。在读博士期间，诺沃肖洛夫就与海姆开始了合作研究。完成博士学业后，他更追随海姆到英国曼彻斯特大学工作，在实验室内应用“机械微应力技术”获得石墨烯，2004年10月发表第一篇论文。诺沃肖洛夫也是自1973年以来最年轻的物理学奖得主。

    （据新华社电）