【編者按】?本文作者為諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)獲得者安德烈·海姆，譯者為科學(xué)網(wǎng)博主薛加民老師。如你也是學(xué)術(shù)圈內(nèi)人士，或者對(duì)科學(xué)領(lǐng)域有專研興趣，可進(jìn)入知社學(xué)術(shù)圈公號(hào)查看。

石墨烯教父：從千年博后到物理諾獎(jiǎng)的心路歷程（上）

【引言】石墨烯是最堅(jiān)硬并極具彈性的材料，其發(fā)現(xiàn)者安德烈·海姆 (Andre Geim) 也擁有同樣的屬性。臥薪嘗膽十幾年，腦洞大開萬千遍，正是其非同尋常的科研風(fēng)格為我們帶來了可顛覆全球科技產(chǎn)業(yè)的一把鑰匙。這個(gè)曾以“飛翔的青蛙”榮獲搞笑諾貝爾獎(jiǎng)的物理學(xué)家怎樣看待自己的研究生涯呢？請(qǐng)看石墨烯之父在獲得諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)后，親口講述他自己的故事。

注：以下為安德烈·海姆的自述

如果現(xiàn)在有人想要了解石墨烯的美麗的物理內(nèi)涵，他們可以從許多相關(guān)的學(xué)術(shù)綜述，還有大眾科學(xué)雜志上的文章中選擇。在此我向讀者推薦自己寫的幾篇相關(guān)的文章[1-3]，希望大家能原諒我的“自賣自夸”。為了不重復(fù)這些文章的內(nèi)容，在這次演講里，我決定給大家講一講我自己曲折的科研道路，以及這條路最終是如何通向諾貝爾獎(jiǎng)的。這其中大部分的內(nèi)容我從未在別的地方講述過。當(dāng)然，各位可以放心，我不會(huì)從我的幼兒園時(shí)代開始講起。我將向您講述我從1987年獲得博士學(xué)位之后，直到2004年為我們贏得諾貝爾獎(jiǎng)的文章被雜志接受這段時(shí)間內(nèi)的故事。無疑，越接近尾聲這個(gè)故事會(huì)變得越豐富。反觀歷史，我還會(huì)詳細(xì)地描述2004年之前與石墨烯有關(guān)的研究工作，以及分析石墨烯為什么會(huì)引起這么多人的興趣。我會(huì)努力讓非物理專業(yè)的讀者也覺得接下來的內(nèi)容易懂而且有意義。

石墨烯教父：從千年博后到物理諾獎(jiǎng)的心路歷程（上）

不要做已死的研究

我的博士論文題目叫做“Investigation of mechanisms of transportrelaxation in metals by a helicon resonance method”。我只能說它是一個(gè)非常無趣的研究。在蘇聯(lián)的Instituteof Solid State Physics，我花了五年時(shí)間，發(fā)表了五篇論文來完成這個(gè)學(xué)位。學(xué)術(shù)網(wǎng)站W(wǎng)eb of Science很嚴(yán)肅地告訴我，我的這些文章被引用過兩次，而且都是作者自己在引用。其實(shí)，在我的博士生歲月開始前十多年，這個(gè)研究方向就已經(jīng)沒落了。即使如此，我還是從中學(xué)到了一些讓我受益終身的東西，那就是絕對(duì)不要讓你的學(xué)生研究那些已經(jīng)死了很久的課題方向。

博士畢業(yè)以后，我在俄羅斯科學(xué)院下屬的Institue of Micro-electronics Technology找到了一份臨時(shí)工作，做一名普通的研究員。蘇聯(lián)當(dāng)時(shí)的研究系統(tǒng)允許甚至鼓勵(lì)年輕的研究人員獨(dú)立開展研究工作。經(jīng)過一年的摸索，嘗試不同的方向，我終于開始找到了合適自己的研究道路，從而與我的博士導(dǎo)師在學(xué)術(shù)上脫離了關(guān)系。

以當(dāng)時(shí)蘇聯(lián)極其困難的實(shí)驗(yàn)條件，我找到了一個(gè)可行而且新穎的實(shí)驗(yàn)方向，雖然這聽起來是不太可能的事情。我用微細(xì)加工的裝置制備了金屬膜，在它上面沉積了一層薄薄的絕緣體，然后再沉積一層高溫超導(dǎo)體。超導(dǎo)體的作用是通過邁斯納效應(yīng)把外加磁場(chǎng)約束到一個(gè)個(gè)渦旋里，對(duì)下面的金屬膜產(chǎn)生高度不均勻的磁場(chǎng)分布。金屬膜中的電子在這種空間上快速變化的磁場(chǎng)中（磁場(chǎng)在小于一個(gè)微米的范圍內(nèi)就會(huì)發(fā)生很大的變化）的運(yùn)動(dòng)在當(dāng)時(shí)是一個(gè)新的研究領(lǐng)域，我發(fā)表了這個(gè)領(lǐng)域中的第一篇實(shí)驗(yàn)論文，之后Simon Bending也獨(dú)立地發(fā)表了類似的研究。這是一個(gè)有趣而且還比較重要的課題，在接下來的幾年里我都在研究這個(gè)方向，包括1991年我在Simon實(shí)驗(yàn)室做博士后的階段。

這段經(jīng)歷給了我一個(gè)很重要的體會(huì)，那就是創(chuàng)立一個(gè)新的研究方向總是比在一個(gè)已經(jīng)僧多粥少的領(lǐng)域里尋找新的突破要容易取得成果。當(dāng)一個(gè)全新的領(lǐng)域剛剛開始的時(shí)候，成功的幾率會(huì)大得多。當(dāng)然，很多關(guān)于這個(gè)新領(lǐng)域的美好預(yù)期可能最終無法實(shí)現(xiàn)，但是在新的領(lǐng)域里做研究，總會(huì)有意想不到的現(xiàn)象產(chǎn)生。

別人的垃圾，我的金子

1990年，在我所在的研究所所長(zhǎng)Vitaly Aristov的幫助下，我得到了英國(guó)皇家學(xué)會(huì)一段為期6個(gè)月的訪問機(jī)會(huì)。英國(guó)諾丁漢大學(xué)的Laurence Evaes和Peter Main邀請(qǐng)我訪問他們的實(shí)驗(yàn)室。對(duì)于實(shí)驗(yàn)工作而言，6個(gè)月是非常短暫的。受這個(gè)條件所限，我只能研究這些實(shí)驗(yàn)室當(dāng)時(shí)已有的一些樣品。先前的實(shí)驗(yàn)人員留下了一些砷化鎵微米線，它們已經(jīng)被廢棄在實(shí)驗(yàn)室的角落里好幾年了。由于我曾經(jīng)在資源稀缺的蘇聯(lián)學(xué)術(shù)界工作過，我能夠在相對(duì)惡劣的環(huán)境中開辟出一條道路來。這些被別人視作毫無用處的樣品成了我的金礦。我開始了每周100個(gè)小時(shí)的工作來研究它們。在這短短的6個(gè)月里，我做出了兩個(gè)后來發(fā)表在Physical Review Letters上的工作。后來我常常用這段經(jīng)歷跟年輕的學(xué)生們開玩笑。當(dāng)實(shí)驗(yàn)不像預(yù)期的那樣進(jìn)展順利，他們開始抱怨樣品不好導(dǎo)致發(fā)現(xiàn)不了新東西的時(shí)候，我就會(huì)跟他們說，“根本沒有差的樣品，只有差的學(xué)生/博士后”。仔細(xì)研究你總會(huì)發(fā)現(xiàn)一些新東西。當(dāng)然最好還是投身新的研究領(lǐng)域，避免研究那些別人已經(jīng)深入研究過的樣品。但是，即使我們足夠幸運(yùn)，找到了一個(gè)像石墨烯一樣激動(dòng)人心的研究領(lǐng)域，謹(jǐn)慎研究和堅(jiān)持不懈的精神會(huì)讓人走得更遠(yuǎn)。

在諾丁漢的研究是如此的高強(qiáng)度和激動(dòng)人心，我決定不回俄羅斯了。在蘇聯(lián)混亂的社會(huì)中求生對(duì)我來說無異于浪費(fèi)生命。于是，在我33歲，學(xué)術(shù)h因子等于1的時(shí)候，我開始在歐洲尋找博士后的職位。接下來的四年我在不同的大學(xué)之間輾轉(zhuǎn)，從英國(guó)的諾丁漢，到丹麥的哥本哈根，再到英國(guó)的巴斯，最后回到諾丁漢。每一份新的工作都教會(huì)我一兩個(gè)新的研究領(lǐng)域，這段經(jīng)歷極大地?cái)U(kuò)展了我的科學(xué)視野。在那些年，我的主要研究方向是介觀物理，包括二維電子氣體，量子點(diǎn)接觸，共振隧穿，量子霍爾效應(yīng)等等等等。我也熟悉了用分子束外延生長(zhǎng)砷鋁化鎵異質(zhì)結(jié)，提高了我在俄羅斯就開始學(xué)習(xí)的微細(xì)加工和電子束刻蝕的技術(shù)。所有的這些積累成為了十多年后石墨烯研究的堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。

“溫馨”的荷蘭生活

到1994年時(shí)，我已經(jīng)發(fā)表了足夠多的優(yōu)質(zhì)的文章，參加了足夠多的學(xué)術(shù)會(huì)議。我希望能夠找到一個(gè)正式的學(xué)術(shù)工作。當(dāng)我得到荷蘭的University of Nijmegen的一個(gè)副教授的職位時(shí)，我毫不猶豫地抓住了這個(gè)機(jī)會(huì)，結(jié)束了我“后蘇聯(lián)時(shí)代”各地流浪生活。到了Nijmegen的第一個(gè)任務(wù)無疑是樹立起自己的學(xué)術(shù)地位。但是當(dāng)時(shí)我沒有任何的啟動(dòng)經(jīng)費(fèi)，也沒有微細(xì)加工的設(shè)備來繼續(xù)我以前的研究工作。我擁有的是Nijmegen強(qiáng)磁場(chǎng)實(shí)驗(yàn)室里的強(qiáng)磁場(chǎng)裝置，低溫以及電子設(shè)備。當(dāng)時(shí)強(qiáng)磁場(chǎng)實(shí)驗(yàn)室的主任是Jan Kees Maan。他也是我的“老板”，掌管了所有的實(shí)驗(yàn)經(jīng)費(fèi)。

雖然當(dāng)時(shí)我作為獨(dú)立研究員拿到了研究經(jīng)費(fèi)，但是我不能隨我的心愿來支配這些錢。錢都是通過由正教授領(lǐng)導(dǎo)的所謂“工作組”來分配的。另外，荷蘭的博士研究生只能由正教授指導(dǎo)，副教授只能靠自己?jiǎn)未颡?dú)斗。雖然這聽起來有些怪誕，但是這就是90年代荷蘭的研究體制。這樣的研究條件對(duì)我來說非常艱難。開始的一兩年，我掙扎著適應(yīng)這種系統(tǒng)，它與我在諾丁漢所經(jīng)歷的愉快而富有成效的研究歲月形成巨大的反差。而且令人奇怪的是，只是在大學(xué)里有如此森嚴(yán)的等級(jí)制度，走出大學(xué)圍墻，每個(gè)人對(duì)我都很好，包括強(qiáng)磁場(chǎng)實(shí)驗(yàn)室的主任Jan Kees和其他研究人員。

即便如此，在Nijmegen的研究機(jī)會(huì)還是要比在俄羅斯好得多。最終依靠我的海外合作者的幫助，我還是在荷蘭的學(xué)術(shù)圈里立住了腳。諾丁漢的同事們（尤其是Mohamed Henini）生長(zhǎng)了二維電子氣體的晶體，之后它們被送到俄羅斯，我從80年代就開始的同事和好友Sergey Dubono把它們微細(xì)加工成我需要的器件。我當(dāng)時(shí)的研究課題可以被稱作“介觀超導(dǎo)”。Sergey和我用二維電子氣體加工出微米尺寸的霍爾器件，然后用它來探測(cè)很小的超導(dǎo)體周圍的局部磁場(chǎng)。這種方法不僅可以測(cè)量到單個(gè)磁場(chǎng)渦旋進(jìn)入和離開超導(dǎo)體，還能測(cè)量許多其他非常微弱的變化。

依靠彈道輸運(yùn)下的霍爾微磁測(cè)量技術(shù)，我們發(fā)展了這種新的實(shí)驗(yàn)方向。在接下來的幾年里，我們?cè)谶@個(gè)領(lǐng)域充分地展開研究，最終在Nature，Physical Review Letters等刊物上發(fā)表關(guān)于順磁邁斯納效應(yīng)，具有分?jǐn)?shù)個(gè)磁通量子的渦旋，在約束空間中的磁場(chǎng)渦旋分布等等的研究結(jié)果。

我的妻子Irina Grigorieva是磁場(chǎng)渦旋方面的專家。她在荷蘭找不到工作，所以她有足夠多的時(shí)間來幫助我的研究和撰寫論文。而Sergey不僅僅幫我加工器件，同時(shí)也常常來到Nijmegen來幫我實(shí)驗(yàn)測(cè)量。我們形成了一種非常高效的合作模式，他負(fù)責(zé)采集數(shù)據(jù)，我則在旁邊房間里的電腦上分析數(shù)據(jù)，決定實(shí)驗(yàn)的下一步。

磁懸浮的魅力

關(guān)于介觀超導(dǎo)研究的第一個(gè)結(jié)果大概在1996年的時(shí)候開始成形，這讓我在荷蘭的研究系統(tǒng)里找到了一絲安全感，同時(shí)我也開始擴(kuò)展我的研究方向。我廣泛地調(diào)研，試圖找到新的研究方向。在Nijmegen最主要的實(shí)驗(yàn)優(yōu)勢(shì)是強(qiáng)大的電磁鐵，但是同時(shí)它們也是讓我頭痛的地方。雖然這些磁鐵能夠產(chǎn)生20特斯拉的磁場(chǎng)，比我們的很多競(jìng)爭(zhēng)者所擁有的超導(dǎo)磁場(chǎng)要稍微強(qiáng)一點(diǎn)（那些超導(dǎo)磁場(chǎng)大約為16到18特斯拉），但是這些龐然大物運(yùn)轉(zhuǎn)起來極其費(fèi)電，我們只能每天晚上當(dāng)電價(jià)便宜的時(shí)候用幾個(gè)小時(shí)。

我當(dāng)時(shí)在介觀超導(dǎo)方面的研究?jī)H僅需要非常微弱的磁場(chǎng)（小于0.01特斯拉），所以我用不到這些電磁鐵。這讓我這個(gè)強(qiáng)磁場(chǎng)實(shí)驗(yàn)室的研究員感到一些愧疚，我感到有責(zé)任找到一些可以利用到這些強(qiáng)大的電磁鐵的研究課題來。我意識(shí)到相比其他的超導(dǎo)磁鐵，這些電磁鐵的唯一明顯優(yōu)勢(shì)就是它可以在室溫下工作，不需要像其他超導(dǎo)磁鐵一樣冷卻到液氦的溫度。然而，這在一般人看來并不是什么優(yōu)勢(shì)，因?yàn)榇蟛糠值哪蹜B(tài)實(shí)驗(yàn)都需要極低溫的環(huán)境。這使得我和同事們開始思考什么強(qiáng)磁場(chǎng)下的現(xiàn)象可以在室溫里研究。不幸的是，我們似乎根本沒有什么選擇。

終于，我無意中了解到了一個(gè)所謂“磁化水”的現(xiàn)象。

據(jù)稱，把一塊永久磁鐵放在熱水龍頭上可以防止水垢在水管里的形成?；蛘甙岩粔K磁鐵放在水龍頭上，你的水壺里將不會(huì)形成一層厚厚的沉積物。這些磁鐵隨處可見，很容易買到。網(wǎng)絡(luò)上有數(shù)以百計(jì)的文章介紹這種現(xiàn)象，但是其背后的物理原理卻不明了，甚至還有很多研究人員根本不相信這種現(xiàn)象的存在。在過去的15年里，我曾嘗試過幾次要研究這種“磁化水”現(xiàn)象，都無果而終，我至今也不能給出一個(gè)解釋。但是，當(dāng)時(shí)實(shí)驗(yàn)室里室溫下的強(qiáng)磁場(chǎng)讓我橫向聯(lián)想到了磁化水的實(shí)驗(yàn)。我想，如果磁化水效應(yīng)真的存在，那么20特斯拉的強(qiáng)磁場(chǎng)應(yīng)該產(chǎn)生比0.1特斯拉的普通永久磁鐵明顯得多的效應(yīng)。

有了這個(gè)想法，在某一個(gè)星期五的晚上，我把一點(diǎn)水倒進(jìn)了我們實(shí)驗(yàn)室正在產(chǎn)生巨大磁場(chǎng)的儀器里。往實(shí)驗(yàn)儀器里潑水很顯然不是一個(gè)正規(guī)的實(shí)驗(yàn)操作，現(xiàn)在我也記不起來當(dāng)時(shí)我為什么會(huì)干出如此“不專業(yè)”的事情來。很顯然，沒有人曾經(jīng)嘗試過做這樣傻的事情，雖然這種類似的儀器在世界上幾個(gè)實(shí)驗(yàn)室里已經(jīng)存在了幾十年了。讓我極為驚訝的是，水并沒有從強(qiáng)磁鐵中流出來，而是滯留在了磁鐵的中心。來自諾丁漢的訪問學(xué)生Humberto Carmona和我玩了一個(gè)多小時(shí)，我們用一根木棍攪動(dòng)滯留在磁鐵中心的水，并改變磁場(chǎng)的強(qiáng)度，最終，我們看到了如圖1所示的驚人現(xiàn)象，一個(gè)水球懸浮在了空中！

這太神奇了！我們很快意識(shí)到這個(gè)現(xiàn)象背后的物理是我們熟悉的逆磁性。但是我花了很長(zhǎng)時(shí)間才讓我相信水的這么微弱的逆磁效應(yīng)（在外加磁場(chǎng)強(qiáng)度為B的時(shí)候，水能產(chǎn)生0.00001*B的磁場(chǎng)來抵抗它），比鐵的磁性要弱十億倍，居然可以抵抗水的重力。我的許多同事，包括那些一輩子與強(qiáng)磁場(chǎng)打交道的研究員，看到這個(gè)現(xiàn)象時(shí)都目瞪口呆，甚至還有一些人認(rèn)為這是一個(gè)惡作劇。

接下來的幾個(gè)月，我都在給我的同事們和訪問者演示這個(gè)實(shí)驗(yàn)，同時(shí)設(shè)法為這個(gè)美麗的現(xiàn)象找到一個(gè)更為吸引普通大眾的演示方式。在我們嘗試過懸浮的眾多物體中，圖1的懸浮青蛙引起了媒體的廣泛關(guān)注。更重要的是，在熱鬧的媒體報(bào)道背后，這張圖片甚至進(jìn)入了許多物理教科書。雖然它有些怪誕，但是這個(gè)實(shí)驗(yàn)讓人們重新審視逆磁效應(yīng)，我們不再認(rèn)為它是一種微不足道的性質(zhì)了。有時(shí)候我出去參加學(xué)術(shù)會(huì)議的時(shí)候，會(huì)有人攔住我說：“我認(rèn)識(shí)你！不過抱歉不是因?yàn)槭?#xff0c;而是因?yàn)槲以谖锢碚n上展示過你的懸浮青蛙。學(xué)生們總是很好奇這只青蛙為什么能飛翔?！庇嘘P(guān)這只青蛙的故事，以及有關(guān)逆磁懸浮的穩(wěn)定性的深邃物理學(xué)，大家可以參考我在PhysicsToday上寫的一篇文章[11]。

石墨烯教父：從千年博后到物理諾獎(jiǎng)的心路歷程（上）

圖1：在Nijmegen的懸浮時(shí)刻。左圖——直徑大約5厘米的水球自由地懸浮在磁鐵中心。右圖——學(xué)會(huì)了飛翔的青蛙。這張圖片象征著“非磁性”物質(zhì)，包括人，的磁性并非可以忽略的。這個(gè)實(shí)驗(yàn)為著名理論物理學(xué)家Michael Berry和我贏得了2001年的搞笑諾貝爾獎(jiǎng)。起初，頒獎(jiǎng)方詢問我們是否有膽量來接受這個(gè)獎(jiǎng)，我們答應(yīng)了。我為我們的幽默感和自嘲的勇氣而感到驕傲。

星期五晚的實(shí)驗(yàn)

磁懸浮的實(shí)驗(yàn)是如此的有趣，甚至讓人上了癮。它給我上了重要的一課，那就是嘗試那些和我的專業(yè)領(lǐng)域八竿子打不著的研究方向有可能會(huì)產(chǎn)生非常有趣的結(jié)果，即使最初的想法可能是極其簡(jiǎn)單的。這段經(jīng)歷影響了我的研究風(fēng)格。從那以后，我開始做一些不合常規(guī)的實(shí)驗(yàn)嘗試，并且無端地稱它們?yōu)椤靶瞧谖逋淼膶?shí)驗(yàn)”。當(dāng)然這個(gè)名字并不準(zhǔn)確，因?yàn)闆]有什么深入的研究工作可以在一個(gè)晚上完成。

實(shí)際上，它需要好幾個(gè)月的橫向思考，毫無明確目的地查閱不相關(guān)的文獻(xiàn)。最終，你會(huì)找到一種感覺——注意是感覺而不是想法——你會(huì)感覺到什么問題研究一下可能會(huì)很有趣。接著，你開始嘗試實(shí)驗(yàn)。通常的結(jié)果是失敗。然后你有可能繼續(xù)試一試或者放棄。不管怎樣，在某個(gè)時(shí)刻你都必須做出一個(gè)艱難的決定，究竟是繼續(xù)投入精力，還是放棄嘗試，開始研究別的問題。所有的這些都是在你的主要研究活動(dòng)之余進(jìn)行的，它們只需要占用你的一點(diǎn)點(diǎn)時(shí)間和一點(diǎn)點(diǎn)思考。

從我在Nijmegen工作的時(shí)候開始，我就用這種橫向思考來設(shè)計(jì)本科生和研究生的課題了。學(xué)生們對(duì)于這種研究方式總是感到很興奮。1999年到Nijmegen來讀博士學(xué)位的Kostya Novoselov（譯者注：Novoselov與Geim分享了2010年諾貝爾獎(jiǎng)）參與了很多這樣的實(shí)驗(yàn)。為了不影響學(xué)生們的正常學(xué)習(xí)和畢業(yè)，這些研究通常耗時(shí)不會(huì)超過幾個(gè)月。雖然隨著每一次的失敗漸成事實(shí)，起初的熱情都會(huì)慢慢消退，但是有一些學(xué)生后來告訴我說這些廣泛探索的研究經(jīng)歷是他們?nèi)松械臒o價(jià)之寶。

最令人驚奇的是，有的時(shí)候失敗并未如期而至。壁虎膠帶（Gecko tape）就是這樣的一個(gè)例子。一個(gè)偶然的機(jī)會(huì)，我讀到一篇文章描述了壁虎超強(qiáng)的攀爬能力背后的原理[12]。

其中的物理是很簡(jiǎn)單的。壁虎的腳趾上覆蓋著許多微細(xì)的絨毛，每一根絨毛能夠和它要攀爬的表面產(chǎn)生微弱的范德瓦爾斯力（10的負(fù)九次方牛頓量級(jí)），但是億萬根這樣的絨毛就足以產(chǎn)生巨大的吸引力，從而可以使得壁虎爬上任何物體表面，甚至玻璃的天花板。尤其引起我注意的是這種絨毛的尺寸，它們?cè)谖⒚琢考?jí)，這正是我所研究的介觀物理所在的尺度范圍。

當(dāng)這個(gè)現(xiàn)象在我的腦海里時(shí)隱時(shí)現(xiàn)了一年多之后，Segey Dubonos和我設(shè)計(jì)出了一種能夠模擬壁虎腳趾上絨毛的材料。Segey加工出了大概一平方厘米大小的這種材料，它表現(xiàn)出了比較明顯的黏附力[13]。不幸的是，這種人造的材料比不上壁虎的腳趾，經(jīng)過幾次粘貼和分離之后，它的黏附力就完全消失了。但是，這仍不失為一個(gè)重要的驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)，它啟發(fā)了其他人在這個(gè)領(lǐng)域中的深入研究。我們希望某一天人們能夠復(fù)制出像壁虎腳趾那樣的結(jié)構(gòu)和具有自我清潔功能的膠帶。這樣這項(xiàng)研究就可以轉(zhuǎn)化成產(chǎn)品了。

Better to be wrong than boring

在我準(zhǔn)備這個(gè)演講的時(shí)候，我總結(jié)了一個(gè)我們?cè)?jīng)嘗試過的“星期五晚實(shí)驗(yàn)”的列表。直到那個(gè)時(shí)候我才意識(shí)到一個(gè)令人驚訝的事實(shí)。在大約15年的時(shí)間里我們一共做了二三十個(gè)這樣的實(shí)驗(yàn)，可以想見，大部分的都徹底失敗了。但是有三個(gè)成功者：磁懸浮，壁虎膠帶以及石墨烯。這意味著一個(gè)極高的成功率：超過了10%！除此之外，還有幾次與成功擦肩而過。

比如，我曾讀到一篇文章[14]關(guān)于FeGeSeAs合金中的巨逆磁效應(yīng)，這意味著這種材料可能會(huì)出現(xiàn)高溫超導(dǎo)狀態(tài)。我找同事Lamarches要了這種樣品，Kostya Novesolov 和我用彈道輸運(yùn)霍爾磁測(cè)量技術(shù)來檢驗(yàn)這種巨逆磁效應(yīng)，但是失敗了。即使冷卻到1K也沒有發(fā)現(xiàn)這種巨逆磁效應(yīng)。這次嘗試發(fā)生在2003年，遠(yuǎn)早于后來引發(fā)巨大關(guān)注的鐵基超導(dǎo)體的發(fā)現(xiàn)。至今我還在尋思當(dāng)時(shí)我們的樣品中是否有很小的一部分轉(zhuǎn)變成了超導(dǎo)體，只不過被我們忽略了。

另外一次這樣的錯(cuò)失良機(jī)是我們?cè)噲D測(cè)量單個(gè)活體細(xì)胞的“心跳”。實(shí)驗(yàn)的想法是用二維電子氣體的霍爾器件來作為高精度的電壓計(jì)，用以測(cè)量活體細(xì)胞中的生物電信號(hào)。我們實(shí)驗(yàn)的結(jié)果是，當(dāng)細(xì)胞活著的時(shí)候我們的裝置測(cè)量不到任何“心跳”，但是當(dāng)我們用大量酒精導(dǎo)致細(xì)胞凋亡的時(shí)候，我們可以觀察到巨大的電壓脈沖[15]?，F(xiàn)在我明白了當(dāng)時(shí)之所以探測(cè)不到活體細(xì)胞的心跳是因?yàn)槲覀冞x錯(cuò)了細(xì)胞。我們選的是酵母菌，這是一種比較木納的細(xì)胞。在我們的實(shí)驗(yàn)之后過了四年，其他的研究組選用胚胎心臟細(xì)胞在石墨烯上取得了成功[16]。

老實(shí)說，我并不認(rèn)為如此高的成功率是因?yàn)槲姨貏e擅長(zhǎng)于的橫向思考。更確切地說是，它告訴我們——

試探（有的時(shí)候甚至是漫無目標(biāo)的試探）新的研究方向比一般人預(yù)期的回報(bào)率要高。

我們很有可能在某一個(gè)已有的礦藏里挖掘得太深了，留下了大量未被探尋過的寶藏就埋藏在淺淺的地表下，只要稍微往旁邊一試探我們就會(huì)發(fā)現(xiàn)它。當(dāng)一個(gè)人有嘗試的勇氣時(shí)，雖然并不是一定總是有所回報(bào)，但是至少這是一次探險(xiǎn)的經(jīng)歷。

曼徹斯特的生活

到2000年，我的名下有了介觀超導(dǎo)和磁懸浮的研究工作以及四篇發(fā)表在Nature上的論文，申請(qǐng)正教授的條件成熟了。當(dāng)我的同事們得知我最終選擇了曼徹斯特大學(xué)而拒絕了其他一些看起來更加著名的大學(xué)時(shí)都感到非常驚訝。其實(shí)其中的原因很簡(jiǎn)單。曼徹斯特大學(xué)教授招聘委員會(huì)的主任Mike Moore知道我的妻子Irina并不僅僅是我的實(shí)驗(yàn)助手和Nijmegen的兼職物理教員，他還知道她曾經(jīng)在Bristol大學(xué)的博士后期間做得非常成功。所以他建議Irina申請(qǐng)曼徹斯特大學(xué)的一個(gè)教職。在荷蘭的六年里，我從沒有奢望過我們夫妻可以在同一個(gè)學(xué)校都有正式的職位。這就是讓我們決定去曼徹斯特大學(xué)的原因。我們不僅感激這個(gè)可以同時(shí)解決我們兩人工作問題的機(jī)會(huì)，而且也為未來的同事對(duì)我們的關(guān)心而感動(dòng)。我們從來沒有后悔過做出這個(gè)決定。

于是，2001年初，在曼徹斯特大學(xué)我分到了幾間年久失修，裝滿老儀器的房子，還有10萬英鎊的啟動(dòng)經(jīng)費(fèi)。大學(xué)里沒有共享的大型實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，除了一臺(tái)氦氣液化機(jī)。這對(duì)我來說不成問題。我繼續(xù)了在Nijmegen時(shí)的工作模式，借助別的合作者，尤其是Seregey Dubonos的幫助來開展工作。實(shí)驗(yàn)室以令人驚訝的速度成形了。半年之內(nèi)，我拿到了我的第一筆50萬英鎊的研究經(jīng)費(fèi)。我用它買了一些必須的設(shè)備。雖然我們一歲的女兒占據(jù)了妻子很多時(shí)間和精力，她也在幾個(gè)月后申請(qǐng)到了她的啟動(dòng)經(jīng)費(fèi)。我們邀請(qǐng)Kostya Novesolov以Research Fellow的身份加入我們的實(shí)驗(yàn)室（同時(shí)他還是作為研究生掛靠在Nijmegen，在2004年他從Nijmegen獲得博士學(xué)位）。我們實(shí)驗(yàn)室的研究開始產(chǎn)生成果，這為我們贏得更多的資助，從而導(dǎo)致更多的成果。

到2003年，我們已經(jīng)發(fā)表了幾篇優(yōu)質(zhì)的論文，包括在Nature，Nature Materials和Physical Review Letters上，同時(shí)我們也不斷地為實(shí)驗(yàn)室增添新的儀器。另外，我們拿到了一個(gè)一百四十萬英鎊的資助（由時(shí)任科技部長(zhǎng)的David Sainsbury倡導(dǎo)的研究基礎(chǔ)設(shè)施計(jì)劃提供），計(jì)算機(jī)系的Ernie Hill和我建立起了曼徹斯特介觀和納米技術(shù)中心。我們并沒有用這筆意外之財(cái)來建房子，相反，我們利用了計(jì)算機(jī)系已有的一個(gè)250平米的超凈間。我們搬走里面一些老舊的儀器，取而代之的是一些最先進(jìn)的微細(xì)加工設(shè)備，包括一臺(tái)新的電子束刻蝕系統(tǒng)。對(duì)于這個(gè)中心，Ernie和我最感到驕傲的是世界上許多其他類似的中心擁有更為昂貴的儀器，但是我們的中心從2003年起，就持續(xù)產(chǎn)出新的器件結(jié)構(gòu)。我們擁有的并不是一匹用來展示的駿馬，而是一匹埋頭苦干的馱馬。

每當(dāng)我向其他國(guó)家的同事描述我的這段經(jīng)歷時(shí)，他們都覺得在三年之內(nèi)，憑借并非天文數(shù)字的啟動(dòng)經(jīng)費(fèi)就可以建立起一個(gè)完整的實(shí)驗(yàn)室和微細(xì)加工中心實(shí)在是難以置信。如果我不是親歷者我也不會(huì)相信。一切進(jìn)展都非常順利。大學(xué)很支持我們的工作，但是我最要感謝的是英國(guó)工程和物理科學(xué)研究委員會(huì)（EPSRC）非常負(fù)責(zé)的工作模式。這個(gè)資助機(jī)構(gòu)民主而且不排外，你在學(xué)術(shù)界里的地位以及人脈關(guān)系基本上不會(huì)產(chǎn)生任何影響。另外，在同行評(píng)議的過程中，也不會(huì)要求你的研究項(xiàng)目要有所謂的“前瞻性的想法”和“對(duì)社會(huì)與經(jīng)濟(jì)需求的巨大應(yīng)用前景”。事實(shí)上，這個(gè)機(jī)構(gòu)是基于申請(qǐng)者最近一段時(shí)間在其領(lǐng)域的研究成果而分配經(jīng)費(fèi)的。那些工作得勤奮而且有效的研究者一般會(huì)獲得資助。當(dāng)然，沒有哪一個(gè)資金分配體系是完美的。我們總在期望更好的體系。

但是，讓我改用丘吉爾的一句名言， “除了我所知道的世界上別的國(guó)家以外，英國(guó)的研究資助體系是最糟糕的”。

三朵思想的云

當(dāng)我們的實(shí)驗(yàn)室和納米中心慢慢成形的時(shí)候，我開始有一些空閑的時(shí)間來考慮新的“星期五晚實(shí)驗(yàn)”。壁虎膠帶的成功和那幾個(gè)關(guān)于酵母菌和“準(zhǔn)鐵基超導(dǎo)體”的失敗就是發(fā)生在那段時(shí)間。一位來自俄羅斯研究所的高級(jí)研究員，我們實(shí)驗(yàn)室的?？鸵约皩氋F的合作者，Serge Morozov，把他的前兩次訪問浪費(fèi)在了研究“磁化水”的課題上。2002年秋，我迎來了我們?cè)诼鼜厮固氐牡谝晃谎芯可?#xff0c;姜達(dá)。我需要給他設(shè)計(jì)一個(gè)博士課題。顯然，在開始的幾個(gè)月里，他要花時(shí)間提高英語，熟悉實(shí)驗(yàn)室的環(huán)境。對(duì)于一個(gè)初學(xué)者，我給他建議了一個(gè)我橫向思考的課題，那就是把石墨加工成盡可能薄的薄膜，如果做成了，我答應(yīng)他我們將測(cè)量它的“介觀”性質(zhì)。近來，當(dāng)我試圖回想起當(dāng)時(shí)這個(gè)想法是怎么產(chǎn)生的時(shí)，我記得有三朵非常不成形的“思想的云朵”。

第一朵云是所謂“金屬電子學(xué)”的概念。

如果給金屬一個(gè)外加電場(chǎng)，金屬表面的電子數(shù)目會(huì)改變，從而可以預(yù)見它的表面性質(zhì)也會(huì)改變。這正是現(xiàn)代半導(dǎo)體電子器件工作的原理。為什么不用金屬代替半導(dǎo)體硅呢？當(dāng)我還是本科生的時(shí)候，我嘗試過給金屬加電場(chǎng)，用X射線來探測(cè)金屬表面晶格常數(shù)的變化。這個(gè)想法是很天真的，因?yàn)橥ㄟ^簡(jiǎn)單的數(shù)量級(jí)估計(jì)我們就能知道這種變化是極其微小的。沒有哪一種電介質(zhì)可以承受高于1V/nm的電場(chǎng)強(qiáng)度，如果換算成電荷密度的話，相當(dāng)金屬表面電荷密度的改變不能超過每平方厘米10的14次方個(gè)電子（譯者注：我用高斯定理計(jì)算了一下，似乎應(yīng)為每平方厘米10的13次方個(gè)電子）。

作為比較，一個(gè)普通的金屬，比如金，在中性狀態(tài)下每立方厘米包含有~10的23次方個(gè)電子。即使對(duì)于一個(gè)納米厚的金薄膜，在其上增加或減少每平方厘米10的14次方個(gè)電子只能改變其電子密度的1%，從而電導(dǎo)率改變1%（譯者注：我檢查了一下，似乎應(yīng)為千分之一或者萬分之一），更不用說其晶格常數(shù)更為微小的變化了。

歷史上曾有許多研究人員試圖測(cè)量這種電場(chǎng)對(duì)于金屬的作用。最早這個(gè)想法要追溯到1902年，在電子剛剛被發(fā)現(xiàn)之后，J.J.Thomson（電子發(fā)現(xiàn)者，1906年諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)得主）就曾建議Charles Mott（著名理論物理學(xué)家Nevill Mott之父，Nevill Mott獲得1977年諾貝爾獎(jiǎng)）去尋找金屬薄膜中的電場(chǎng)效應(yīng)，但是沒有找到[17]?？茖W(xué)文獻(xiàn)中最早關(guān)于金屬中的電場(chǎng)效應(yīng)的記載出現(xiàn)在1906年[18]。如果不用普通的金屬，我們也可以考慮采用電子密度低得多的半金屬，比如鉍，石墨或者銻（譯者注：有趣的是，這三者為逆磁性最強(qiáng)的三種材料，除了超導(dǎo)體以外）。

在過去的一個(gè)世紀(jì)里，人們嘗試過探尋鉍薄膜中（電子密度為10的18次方每立方厘米）的電場(chǎng)效應(yīng)，但是只觀察到了它隨著外加電場(chǎng)非常微弱的電導(dǎo)變化[19，20]。因?yàn)閷?duì)這個(gè)研究方向有所了解，加之有生長(zhǎng)砷鋁化鎵異質(zhì)結(jié)的經(jīng)驗(yàn)，我時(shí)不時(shí)會(huì)思考一下用別的材料來做探尋這種效應(yīng)，尤其是用超薄的超導(dǎo)體，當(dāng)它在普通導(dǎo)體/超導(dǎo)體轉(zhuǎn)變零界點(diǎn)時(shí)，它的電場(chǎng)效應(yīng)會(huì)被放大[21，22]。在Nijmegen，我還曾一度被分子束外延的方法在砷鋁化鎵表面生長(zhǎng)的鋁薄膜點(diǎn)燃熱情，但是經(jīng)過一些數(shù)量級(jí)的估計(jì)之后，我覺得成功的幾率太小，根本不值一試。

在1990年到2000年左右，碳納米管是另外一朵懸掛在我腦海中的云。

那一段時(shí)間是碳納米管的研究最為熱門的時(shí)候。當(dāng)時(shí)在荷蘭，我有機(jī)會(huì)參加了Cees Dekker和Lee Kouwenhoven的報(bào)告，也讀過Thomas Ebbesen, Paul McEuen, Sumio Iijima, Pheadn Avouris等人的論文（譯者注：此幾位皆為碳納米管方面最為著名的大人物）。他們所展示的那些非常漂亮的研究成果每每都吸引我想進(jìn)入這個(gè)研究領(lǐng)域。但是當(dāng)時(shí)進(jìn)入已經(jīng)太遲了，我想找到別的研究方向，避開那擁擠的碳納米管研究大軍。

第三朵云是我讀到一篇Millie Dresselhaus寫的關(guān)于在石墨的層與層之間插入其他物質(zhì)的綜述性文章[23]。

文中清楚地指出，即使經(jīng)過多年的研究，我們對(duì)石墨依然知之甚少，尤其是其電子學(xué)性質(zhì)。這篇影響深遠(yuǎn)的文章促使我深入地調(diào)研了石墨方面的文獻(xiàn)。我讀到了Pablo Esquinazi和Yakov Kopelevich的文章，他們報(bào)導(dǎo)了鐵磁性，超導(dǎo)性和金屬-絕緣體轉(zhuǎn)變，這些都發(fā)生在我們的老朋友石墨身上，而且是在室溫下[24，25]。那些撩人心弦的文章給我留下了深刻的印象，我感覺到石墨非常值得深入研究一下。

這三朵思想的云（或許還有其他我無法回想起來的因素）通過某種莫名的方式融合在了一起，形成了我給姜達(dá)的研究課題。我估摸著如果我們能成功地做成石墨薄膜，而不是鉍薄膜，那么它們有可能展現(xiàn)一些類似于碳納米管的有趣電子學(xué)性質(zhì)。為什么不在這個(gè)方向試探幾個(gè)月呢？我想。

膠帶傳奇

為了制作石墨薄膜，我給了姜達(dá)一塊厚約幾毫米，直徑一寸的人造石墨，并建議他用一臺(tái)拋光機(jī)來打磨它。我們有一臺(tái)很高級(jí)的拋光機(jī)，可以磨到零點(diǎn)幾個(gè)微米的平整度。幾個(gè)月后，姜達(dá)給了我一個(gè)玻璃盒子，底部躺著一塊小小的石墨片。他說這已經(jīng)是他用拋光機(jī)能做到的薄膜的極限了。我用光學(xué)顯微鏡觀察了一下，通過聚焦在它的頂部和底部，我估計(jì)它大約有10微米厚。我覺得這太厚了，于是建議姜達(dá)用更精細(xì)的拋光液。但是為了得到這一小塊石墨片，他已經(jīng)用盡了整塊我給他的石墨。這其實(shí)要?dú)w咎于我。我給他的是高密度的石墨而非高度層狀的人造石墨（HOPG），前者比較不容易解離成片狀的材料。另外，當(dāng)時(shí)他還是一個(gè)剛剛來英國(guó)的留學(xué)生，還有一些語言上的障礙。幾年之后姜達(dá)成功地完成了他的博士學(xué)位。

我們旁邊實(shí)驗(yàn)室有一位來自烏克蘭的高級(jí)研究員Oleg Shklyarevskii，他常常跟我閑聊，聽我開玩笑。我跟他講我們正在做的事情是要把一座山磨成一顆沙。Oleg是STM（掃描隧道顯微鏡）方面的專家，當(dāng)時(shí)他正在參與我的一個(gè)“星期五晚的實(shí)驗(yàn)”（后來失敗了）。他聽到這話后，從他的實(shí)驗(yàn)室拿來了一根粘著石墨片的膠帶。據(jù)說這是他從一個(gè)垃圾桶里翻出來的。 事實(shí)上高度層狀石墨（HOPG）是一種常用的STM基準(zhǔn)樣品。實(shí)驗(yàn)前，他們都會(huì)用膠帶把石墨表層撕掉，從而露出一個(gè)干凈新鮮的表面來供STM掃描。人們一直在用這種方法制備STM的石墨樣品，但是從來沒有人仔細(xì)看過扔掉的膠帶上有些什么東西。我把Oleg的膠帶放在顯微鏡底下（見圖2A），發(fā)現(xiàn)有一些碎片遠(yuǎn)比姜達(dá)給我的那塊要薄。直到那個(gè)時(shí)候我才意識(shí)到用拋光機(jī)是一個(gè)多么愚蠢的建議。 拋光已死，膠帶萬歲！

我們的實(shí)驗(yàn)從這之后開始變得有希望了，但是這還不是真正的突破，我們需要更多的人力投入研究。Oleg當(dāng)時(shí)忙于他自己的實(shí)驗(yàn)，不想?yún)⑴c進(jìn)來，但是Kostya Novesolov自愿加入了。“自愿”可能不是一個(gè)準(zhǔn)確的詞，因?yàn)槲覀儗?shí)驗(yàn)室鼓勵(lì)成員選擇加入他們感興趣的任何研究項(xiàng)目。那個(gè)時(shí)候Novesolov手頭已經(jīng)有一個(gè)進(jìn)展非常順利的關(guān)于鐵磁體的研究項(xiàng)目[26]。他也是我們實(shí)驗(yàn)室的“管家”，有什么儀器壞了都是他負(fù)責(zé)修理。而我呢，那個(gè)時(shí)候每天都會(huì)花幾個(gè)小時(shí)在實(shí)驗(yàn)室制備樣品，測(cè)量和分析數(shù)據(jù)。到了2006年之后我才變成一個(gè)寫文章的機(jī)器和專門的數(shù)據(jù)分析員。我喜歡分析數(shù)據(jù)，但是極為討厭寫文章。不幸的是，沒有一個(gè)寫論文的“作家”，一個(gè)實(shí)驗(yàn)室是無法運(yùn)作的。

圖2：回過頭來看，石墨薄膜其實(shí)很容易得到。A: 殘留在膠帶上的高度層狀石墨晶體（HOPG）。B：在光學(xué)顯微鏡或者放大鏡下，膠帶上的石墨片有一些是透明的。C：如果轉(zhuǎn)移到一個(gè)二氧化硅的表面，透明的石墨薄膜呈現(xiàn)出不同深淺的藍(lán)色。D：我們的第一個(gè)簡(jiǎn)陋的樣品，用鑷子，牙簽，銀膠做成的。

Novesolov和我決定測(cè)量一些膠帶上的石墨片的電學(xué)性質(zhì)。于是他開始用鑷子把石墨片從膠帶上撕下來，轉(zhuǎn)移到玻璃片表面。因?yàn)檫@個(gè)研究的出發(fā)點(diǎn)之一是想測(cè)量石墨片在外加電場(chǎng)下性質(zhì)的變化，所以幾天之后我找來了一些表面氧化的硅晶圓，這樣我們就可以通過給硅加電壓來影響它表面的石墨。這給我們帶來了意外的收獲，一些石墨片在這種晶圓表面呈現(xiàn)出不同的顏色來，這表明它們非常薄，以至于可以讓光透過，藉由光的薄膜干涉而形成顏色。另外，通過這些顏色我們也可以非常直觀地判斷石墨片的厚度（見圖2C）。我們很快就發(fā)現(xiàn)其中有一些石墨片只有幾個(gè)納米厚。這就是我們第一個(gè)真正的突破。

歡呼時(shí)刻

一般的石墨烯文獻(xiàn)，尤其是大眾科學(xué)雜志往往強(qiáng)調(diào)我們是如何用膠帶撕出石墨烯這件事，但是對(duì)我而言，這雖然是重要的一步，但是還不是我們Eureka時(shí)刻（譯者注：Eureka指發(fā)現(xiàn)或找到某種東西時(shí)發(fā)出的歡呼）。我們的目標(biāo)并不只是找到一些薄膜而已，而是要發(fā)現(xiàn)它們所蘊(yùn)含的一些激動(dòng)人心的物理規(guī)律。

在Oleg促使我們使用膠帶制作石墨薄膜的幾天之后，Novesolov就已經(jīng)開始用導(dǎo)電的銀膠給石墨薄膜制作電極了。讓我們驚訝的是，它們導(dǎo)電性非常好，即便是這些用銀膠做成的電極與石墨薄膜的接觸電阻都很小。我們可以進(jìn)一步測(cè)量它的其他電學(xué)性質(zhì)，但是我們覺得這么一個(gè)難看的樣品（見圖2D）還不值得用低溫裝置真刀真槍地測(cè)量。

于是我們就在室溫下給玻璃或硅襯底加電壓來看它的電場(chǎng)效應(yīng)。圖2D展示了我們做的第一批樣品中的一個(gè)。中間部分是大約20納米厚的石墨薄膜，它的寬度大約和人的頭發(fā)直徑差不多。要知道，用鑷子把這么小的一塊石墨片從膠帶轉(zhuǎn)移到硅晶圓表面，并用牙簽把導(dǎo)電銀膠涂到石墨周圍來制作這四個(gè)電極需要多么高超的實(shí)驗(yàn)技能（譯者注：當(dāng)年譯者在實(shí)驗(yàn)室里也專門負(fù)責(zé)做這個(gè)工作）。如今已經(jīng)沒有多少研究人員的手指靈巧到可以做出這樣的樣品了。不信的話，讀者可以親自嘗試一下！

第一個(gè)手工制作的放在玻璃表面的樣品表現(xiàn)出了明顯的電場(chǎng)效應(yīng)，它的電阻可以通過外加電場(chǎng)改變幾個(gè)百分點(diǎn)。這聽起來可能微不足道，但是對(duì)比一下此前要測(cè)量到一點(diǎn)點(diǎn)的電場(chǎng)效應(yīng)都有多難，我感到非常震驚。

這個(gè)比較厚的石墨薄膜由手工制作的丑陋樣品都表現(xiàn)出了一些電場(chǎng)效應(yīng)，那么如果我們用最薄的石墨薄膜，采用全套的微細(xì)加工技術(shù)做出來的樣品會(huì)出現(xiàn)什么結(jié)果呢？

當(dāng)時(shí)我的腦海里咯噔一下，我意識(shí)到我們發(fā)現(xiàn)了一些極為激動(dòng)人心的東西。這才是我的Eureka時(shí)刻。

從這之后的研究就不再是隨機(jī)的嘗試了。我們不斷提高制作更薄的薄膜的方法，加工出越來越好的器件。這個(gè)過程在外人看來是非常艱苦漫長(zhǎng)的，但是我們覺得進(jìn)展出奇的快。幾個(gè)月以后，我們就學(xué)會(huì)了如何用光學(xué)顯微鏡和原子力顯微鏡來找尋單層石墨。我們開始使用電子束刻蝕的方法在石墨薄膜上制作出正規(guī)的霍爾器件，并用金屬蒸鍍機(jī)制作電極，不再用銀膠手工涂上去了。微細(xì)加工的工作由Dubonos負(fù)責(zé)，由他的研究生Anatoly Firsov幫忙。最初他們用俄羅斯的儀器，后來，在我們新的博士后張遠(yuǎn)（音）完全熟悉了我們自己的納米中心里的刻蝕系統(tǒng)之后，這個(gè)工作就大大加速了。

從多層石墨到單層石墨，從手工制作到儀器加工理論上是簡(jiǎn)單的，但絕非易事。我們走了許多彎路，在很多行不通的想法上浪費(fèi)了很多精力。比如我們某一個(gè)研究經(jīng)費(fèi)資助的項(xiàng)目就是想在大塊的石墨晶體上刻蝕出霍爾器件來，這樣通過膠帶撕開，轉(zhuǎn)移到硅表面之后就形成了做好的霍爾器件。事實(shí)證明我們?cè)O(shè)想得太美好了。之后我們還是只能用那些沒有被刻蝕過的大塊石墨。另外一個(gè)例子是我們起初認(rèn)為硅晶圓表面的氧化層的厚度必須十分精確（幾個(gè)納米之內(nèi)），否則就無法分別出轉(zhuǎn)移到其表面的石墨烯。但是如今我們基本上可以在任何厚度的氧化層上找到石墨烯，它的尺寸也由最開始的幾個(gè)微米到現(xiàn)在了毫米量級(jí)，只要采用合適的方法和石墨來源。

2004年我們?cè)赟cience上發(fā)表的文章的主要內(nèi)容是電學(xué)測(cè)量，這需要大量的工作。幾個(gè)月的時(shí)間里，Novesolov和Serge Morozov都在全天候地測(cè)量。我也在實(shí)驗(yàn)室討論，分析原始數(shù)據(jù)，常常是數(shù)據(jù)剛出現(xiàn)在電腦屏幕上就開始分析。我們給負(fù)責(zé)微細(xì)加工的同事即時(shí)的回饋，以便制作更好的樣品。因?yàn)槲覀兠鎸?duì)的是一個(gè)全新的研究對(duì)象，沒有人知道會(huì)有什么現(xiàn)象發(fā)生，所以這些早期的實(shí)驗(yàn)我們必須非常謹(jǐn)慎。某一條實(shí)驗(yàn)曲線如果不能在多個(gè)樣品上重復(fù)實(shí)現(xiàn)的話，我們就會(huì)棄之不用，以免導(dǎo)致任何錯(cuò)誤的結(jié)論。我們一共實(shí)驗(yàn)了50多個(gè)非常薄的石墨樣品。這相當(dāng)于是幾年的辛勤工作被壓縮到了幾個(gè)月里。但是隨著新的樣品越來越好，我們總是充滿激情，甚至可以每天工作14個(gè)小時(shí)，沒有周末節(jié)假日。

終于，在2003年底的時(shí)候，我們形成了一個(gè)清晰的物理圖像，可以發(fā)表了。從那個(gè)時(shí)候到2004年9月我們的論文被接受還有一個(gè)長(zhǎng)長(zhǎng)的間隔。那九個(gè)月的時(shí)間花在了試圖讓這篇文章被頂級(jí)雜志接受的工作上。我們不斷地增加數(shù)據(jù)，修改文章的表達(dá)方式。我的妻子Irina在這個(gè)極為費(fèi)時(shí)的過程中給予了寶貴的幫助，其中的艱辛可能只有那些曾在這種最頂級(jí)的雜志上發(fā)表過文章的讀者才能體會(huì)。起初，我們把文章投到Nature。第一次審稿被拒。我們修改了文章再次提交后，又被拒。有一個(gè)審稿人說，我們的文章“沒有產(chǎn)生足夠的對(duì)科學(xué)的推動(dòng)”。Science的審稿人更加仁慈一些（或者更加知識(shí)淵博？），我們的文章也改的更好了?；剡^頭來看，我當(dāng)時(shí)應(yīng)該把文章投向一個(gè)檔次略低的雜志，就可以不用那么勞心費(fèi)時(shí)，雖然我們認(rèn)為我們的工作是突破性的。 讀者朋友如果有人最近投Science或Nature被拒了的話，也不要灰心，你們的文章也有可能是值得獲諾貝爾獎(jiǎng)的！

[譯者注：此處省略一段關(guān)于石墨烯比較專業(yè)的討論]

科研的idea

科學(xué)文獻(xiàn)上充斥了非常漂亮但是無法實(shí)現(xiàn)的想法。通過查找文獻(xiàn)來尋求這些想法是非常不好的做法。在一個(gè)研究開始的時(shí)候，閱讀幾篇比較好的綜述性的文章是有必要的，這樣可以避免重復(fù)別人的工作。但是如果花太多的時(shí)間搜索文獻(xiàn)是有百害而無一益的。我見到過許多非常有希望的年輕研究人員最終沒能發(fā)掘出他們的潛力，就是因?yàn)樗麄儼褧r(shí)間都浪費(fèi)在了搜索文獻(xiàn)上，而不是花在搜尋新的現(xiàn)象上。

幾個(gè)月的文獻(xiàn)搜索之后，他們總會(huì)不可避免地得到同一個(gè)結(jié)論：那就是所有他們想要做的事情別人都做過了。于是他們覺得沒有什么必要嘗試自己的那些想法，結(jié)果呢，他們又開始了新一輪的論文搜索。不論如何美妙的想法，它都是基于以前的知識(shí)積累。

世界上聰明的人那么多，很有可能某人在某地就曾經(jīng)有過和你的類似的想法。但是這不能作為不嘗試自己想法的一個(gè)借口。因?yàn)槊總€(gè)人所處的環(huán)境不同，所用的設(shè)備也隨時(shí)間變化。新的技術(shù)的發(fā)展使得一些曾經(jīng)是失敗的想法在下一次嘗試的時(shí)候可能會(huì)意想不到地成功。

在2002-2003年間，我的那些思想的云朵甚至都不能稱為美妙的想法，但是它們也足以開啟石墨烯這樣的研究項(xiàng)目。它們還指引了前進(jìn)的方向，幫我們從紛繁的頭緒中找到出路。在我們大概了解了這個(gè)新的研究領(lǐng)域，尤其是當(dāng)我們整理結(jié)果準(zhǔn)備發(fā)表的時(shí)候，我們才進(jìn)行有需求的文獻(xiàn)調(diào)研。除了那些與我思想的云朵相關(guān)的文獻(xiàn)外，我們還引用了一些文獻(xiàn)，有關(guān)二維材料制備的困難，它們的熱不穩(wěn)定性，分子束外延生長(zhǎng)中觀察到的納米卷和納米紙等等。這一些文獻(xiàn)是為了顯示出我們的實(shí)驗(yàn)的重要性。直到2007年我寫綜述文章[1]時(shí)才對(duì)前人的文獻(xiàn)做了一個(gè)全面的調(diào)研。從那時(shí)起每當(dāng)一個(gè)有歷史意義的論文出現(xiàn)時(shí)，我就會(huì)更新一下我的會(huì)議報(bào)告文檔。這是一個(gè)我能為現(xiàn)在正在書寫的歷史添上幾筆的機(jī)會(huì)。另外我最近寫的一篇關(guān)于石墨烯發(fā)展歷史的綜述[39]，得到了許多研究人員的回應(yīng)，我要感謝他們?cè)谠缙诘脑S多想法和貢獻(xiàn)。

[ 譯者注：以下五段為討論石墨烯一些比較專業(yè)的內(nèi)容和最后致謝，故略去。對(duì)石墨烯尤其感興趣的讀者請(qǐng)參考原文]

（曾為石墨烯的發(fā)現(xiàn)做出貢獻(xiàn)的中國(guó)人）

轉(zhuǎn)自：http://blog.sina.com.cn/s/blog_4765daaf0102x05c.html

總結(jié)

以上是生活随笔為你收集整理的【学术】推荐给从事科研的青年人——石墨烯教父：从千年博后到物理诺奖的心路历程的全部?jī)?nèi)容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

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