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藏文科普 | 安德烈·海姆:胶带撕出来的石墨烯之父

撰文/王江山 绘图/王叙本文来自《知识就是力量》杂志天才少年遇挫折1958年10月21日,安德烈海姆出生于俄罗斯索契。他的父母都是德裔工程师,也许正是受到家族的影响,安德烈从小就展现出在科学方面的天赋,还获得过当地化学奥林匹克竞赛的冠军。但没想到,安德烈16岁高中毕业后报考俄罗斯(当时为苏联)顶尖大学――莫斯科工程物理研究所(MIFI,现为国立核工业大学)却两次落榜,作为一个生活在俄罗斯的德裔,安德烈早就在成长过程中体会到被视为“异类”的滋味。莫斯科物理技术学院幸而优秀的人总能找到好去处,安德烈后来被莫斯科物理技术学院录取了,这所学院和莫斯科工程物理研究所一样知名。安德烈原本更喜欢粒子物理或天体物理,谁知阴差阳错进入了固态物理专业,冥冥中为他的“诺奖”之路铺了第一块砖石。精英学校登巅峰莫斯科物理技术学院是一所要求严格的精英学校,来自小城的安德烈有些不适应:他曾是天才,然而这所学校中几乎所有学生都是如此,甚至比他更优秀,他们中的很多人都是物理或数学的国际奥林匹克竞赛冠军。一开始安德烈总是落后,但一年以后,他又在学业上大放异彩了。安德烈・海姆1987年,他在俄罗斯科学院(RAS)固体物理研究所(ISSP)获得科学候选人学位(相当于博士学位),正式开始了研究工作。而后他又去了巴斯大学和哥本哈根大学担任博士后研究员。1994年,安德烈成为内梅亨大学的副教授,从事介观超导研究。2001年,他成为曼彻斯特大学物理学教授,2002年被任命为曼彻斯特大学介观学和纳米技术中心主任。这个不断迁徙的“异乡人”找到了新的定居点。探索石墨烯安德烈是一个兴趣广泛、习惯于凭爱好做研究的科学家,2004年,他将目光投向了新领域――石墨烯。石墨的晶体结构是层状的,相邻的两层靠微弱的范德华力(分子间作用力)贴合在一起,层与层之间充斥着大量的电子,因此,石墨是良好的导电体。只有一个碳原子厚度的单层石墨就是石墨烯,这是一种二维晶体,它的电子运动速度极快,因此会具有非常特殊的物理性质,可以促进人们对基础物理的研究。可怎么才能得到单层石墨,制备出石墨烯呢?虽然这是一个热门领域,但研究者们都认为制备石墨烯是极为困难的。2004年,安德烈从石墨中剥离单层石墨烯的工具――石墨、石墨烯晶体管和胶带分配器。2010年,安德烈和康斯坦丁将其捐赠给斯德哥尔摩诺贝尔博物馆但安德烈还是决心一试,他先用一种特殊胶带粘一小块石墨,然后再撕开胶带,接着再用新胶带去粘旧胶带,如此反复,很快就得到了更薄的石墨片――只有10层左右。之后他又得到了更薄的石墨片,石墨烯终于被制备出来。石墨烯中碳原子的复杂排列意味着它是世界上第一种二维材料,比纸薄,只是一张纸的1/1000000,比钢强200倍。保持幽默,保持好奇悬浮青蛙被安德烈用“壁虎胶带”粘在天花板上的蜘蛛侠模型生活中的安德烈是个幽默的人,总是保持着旺盛的好奇心和奇妙的想象力。他曾将一只青蛙放到磁场中,调整出合适的磁场强度,让外界的力与青蛙受的重力达到平衡,好让青蛙悬浮在空中,也因此获得了“搞笑诺贝尔奖”。安德烈表示,预计自己到了75岁时还会继续工作,他就像一个科学世界的顽童,凭借兴趣去探索自然的奥秘,不惧怕失败也不在乎别人的嘲讽,只希望获得知识与真相。