解密：石墨烯，新材料之王

解密：石墨烯，新材料之王

手機(jī)充電只需幾秒鐘，光驅(qū)動飛機(jī)歷史上最薄的燈泡，關(guān)于非凡應(yīng)用的新聞不斷出現(xiàn)在人們的眼中，似乎已經(jīng)成為一種無所不能的超材料。是什么讓它備受尊敬

石墨烯是一種二維晶體，由碳原子與石墨材料分離而成，只有一層原子厚度，2004年曼徹斯特大學(xué)物理學(xué)家安德烈·蓋姆和康斯坦丁諾沃索洛夫成功地將石墨烯與石墨分離，證明了石墨烯可以單獨(dú)存在。他們還獲得了2010年諾貝爾物理學(xué)獎。

事實(shí)上，石墨烯存在于自然界中，但很難剝離出單層結(jié)構(gòu)。石墨烯層是石墨，約為300萬層，厚度為1毫米的石墨烯。鉛筆輕輕地劃過紙，留下幾層甚至一層石墨烯的痕跡。

石墨烯的誕生是一件有趣的事情。那時，蓋姆把一大塊高定向的熱分解石墨和一臺先進(jìn)的拋光機(jī)交給了一個新的中國博士生，希望他能制造出盡可能薄的薄膜。三周后，這位博士生給蓋姆一個10微米厚的皮氏培養(yǎng)皿。蓋姆憤怒地問他能不能把它磨得更薄，然后說：你可以自己試試。

蓋姆不得不自己做，但他采取了一種非常土的方法。當(dāng)他把透明膠帶粘在石墨上時，石墨層會粘在膠帶上。折疊膠帶后，將膠帶粘在一起并拉開。膠帶的兩端都會覆蓋石墨層，石墨層會變薄，很多時候，當(dāng)它最終變薄到只有一個碳原子的厚度時，就會形成石墨烯。

在石墨烯被發(fā)現(xiàn)之前，大多數(shù)物理學(xué)家認(rèn)為熱力學(xué)漲落不允許任何二維晶體在有限的溫度下存在，因此，它的發(fā)現(xiàn)立即震驚了凝聚態(tài)物理的學(xué)術(shù)界，盡管理論界和實(shí)驗(yàn)界都認(rèn)為完美的二維晶體在非絕對零度下結(jié)構(gòu)不能穩(wěn)定存在，實(shí)驗(yàn)中制備了單層石墨烯。

在接下來的三年里，安德烈海姆和康斯坦丁諾沃喬洛夫分別在單石墨烯和雙石墨烯體系中發(fā)現(xiàn)了室溫下的量子霍爾效應(yīng)和全量子霍爾效應(yīng)。他們還獲得了2010年諾貝爾物理學(xué)獎。

石墨烯對物理學(xué)的基礎(chǔ)研究具有特殊的意義。它使一些只能在紙上討論的量子效應(yīng)得以實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，例如電子無視障礙物和鬼影穿越，但更有趣的是它許多極端性質(zhì)的物理性質(zhì)。

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