解密：石墨烯，新材料之王

解密：石墨烯，新材料之王

手机充电只需几秒钟，光驱动飞机历史上最薄的灯泡，关于非凡应用的新闻不断出现在人们的眼中，似乎已经成为一种无所不能的超材料。是什么让它备受尊敬

石墨烯是一种二维晶体，由碳原子与石墨材料分离而成，只有一层原子厚度，2004年曼彻斯特大学物理学家安德烈·盖姆和康斯坦丁诺沃索洛夫成功地将石墨烯与石墨分离，证明了石墨烯可以单独存在。他们还获得了2010年诺贝尔物理学奖。

事实上，石墨烯存在于自然界中，但很难剥离出单层结构。石墨烯层是石墨，约为300万层，厚度为1毫米的石墨烯。铅笔轻轻地划过纸，留下几层甚至一层石墨烯的痕迹。

石墨烯的诞生是一件有趣的事情。那时，盖姆把一大块高定向的热分解石墨和一台先进的抛光机交给了一个新的中国博士生，希望他能制造出尽可能薄的薄膜。三周后，这位博士生给盖姆一个10微米厚的皮氏培养皿。盖姆愤怒地问他能不能把它磨得更薄，然后说：你可以自己试试。

盖姆不得不自己做，但他采取了一种非常土的方法。当他把透明胶带粘在石墨上时，石墨层会粘在胶带上。折叠胶带后，将胶带粘在一起并拉开。胶带的两端都会覆盖石墨层，石墨层会变薄，很多时候，当它最终变薄到只有一个碳原子的厚度时，就会形成石墨烯。

在石墨烯被发现之前，大多数物理学家认为热力学涨落不允许任何二维晶体在有限的温度下存在，因此，它的发现立即震惊了凝聚态物理的学术界，尽管理论界和实验界都认为完美的二维晶体在非绝对零度下结构不能稳定存在，实验中制备了单层石墨烯。

在接下来的三年里，安德烈海姆和康斯坦丁诺沃乔洛夫分别在单石墨烯和双石墨烯体系中发现了室温下的量子霍尔效应和全量子霍尔效应。他们还获得了2010年诺贝尔物理学奖。

石墨烯对物理学的基础研究具有特殊的意义。它使一些只能在纸上讨论的量子效应得以实验验证，例如电子无视障碍物和鬼影穿越，但更有趣的是它许多极端性质的物理性质。

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