2004 年的一个星期五晚上，在英国曼彻斯特大学的一个物理实验室中，两位物理学家希望获得尽可能薄的石墨层。 他们几乎不使用任何东西：铅笔芯等石墨、透明胶带、显微镜物理学家之夜，当然还有他们的手和大脑。
他们用透明胶带将石墨薄片粘贴和剥离，然后用胶带将薄片反复粘贴和剥离20至30次，直到越来越薄； 然后，他们将这些薄片放在氧化硅基板上，并利用原子力在显微镜下观察，他们发现了单层石墨片：具有原子厚度的单层网络。 每个网络都是一个完美的六边形，每个网格节点都是一个碳原子； 而且，这种薄片还具有独特的电子和机械性能。 啊！ 这是一种全新的材料——大自然编织的美丽、神秘的网！
他们将其称为单层石墨片或石墨烯，因为节点处的碳原子通过碳碳双键连接。
六年后，瑞典皇家科学院决定将 2010 年诺贝尔物理学奖授予这两位物理学家：安德烈·海姆 (Andre Geim) 和康斯坦丁·诺沃肖洛夫 ( )，以表彰他们在二维材料石墨烯方面的工作。 “突破性实验”。
两个人的故事
“当你认为我们在研究物理学时，我们不是，我们是在研究科学，这意味着我们有很多兴趣，这些兴趣比物理学的任何特定领域或物理学本身都要广泛得多。” — 康斯坦丁·诺沃肖洛夫
两人都出生于俄罗斯，毕业于莫斯科理工大学，并在莫斯科开始学习物理学。 他们从荷兰开始合作，至今已经持续了12年。
安德烈·海姆 (Andre Geim) 51 岁，荷兰国民。 1987年在俄罗斯科学院固体物理研究所获得博士学位。现任英国曼彻斯特大学介观科学与纳米技术中心主任、朗沃斯物理学教授、英国皇家科学院院士。科学。 2010年年度研究教授。
36 岁的诺沃肖洛夫拥有英国和俄罗斯双重国籍。 2004年在荷兰奈梅亨大学获得博士学位，现任曼彻斯特大学教授、英国皇家学会研究员。
在研究领域，海姆就像一个流浪者，从俄罗斯漫游到荷兰，再到英国。 “对我来说，年复一年地做同样的事情是非常无聊的，所以每当我们进行任何特定的研究时，我总是在同一时间寻找其他可能的事情，”他说。
在荷兰期间，海姆邀请诺沃肖洛夫到奈梅亨大学攻读学位。 他不是诺沃肖洛夫的博士生导师，但两人之间的合作开始了。
“你看他多厉害啊！” 海姆在接受诺贝尔奖基金会网站采访时说道。 “所以，我离开荷兰后做的第一件事就是邀请他来英国做博士后，尽管他当时还没有获得博士学位。我们的合作一直持续到现在，12年了我不认为博士生和正教授有多大区别，只要我们努力工作，高效工作，大家都是同事，我们都是同事。怀着尊重，我们没有发生过争执，也从来没有发生过争执。会的，他是我真正乐意与之分享工作时间的少数人之一。”
诺沃肖洛夫说：“安德烈是一位了不起的物理学家。坦白说，我从他那里学到了很多东西。基本上我所有的物理学知识都是从他那里学到的……当你认为我们在做物理学时，我们没有，我们正在做科学，这意味着我们有很多兴趣，比任何特定的物理学领域或物理学本身都要广泛得多，所以我们试图对一切保持兴趣，最重要的是，享受乐趣。所以安德烈介绍了周五晚上实验的例程……在那里，我们会做一些令人着迷、疯狂的事情，有时有结果，有时没有。石墨烯就是其中之一。”
周五晚上的实验
那天晚上的发现在科学界激起了永远的波澜。
两人对石墨烯的研究源于他们研究石墨烯电子特性的愿望。
碳是地球上所有生命的基础，是元素周期表中最令人惊奇的元素之一。 碳以多种不同的形式存在，从软石墨到硬金刚石。 石墨是最常见的形式，由多层网络状碳膜组成。
早在20世纪40年代，物理学家PR就对石墨烯进行了理论研究，并预言了其结构所带来的特殊电子特性。 在 20 世纪 60 年代，科学家们已经知道构成石墨的碳膜是六边形网格相连的网络。 但他们认为，从石墨上剥离单层碳膜是不可能的，而且这样的单层碳膜也无法与石墨分离。 碳膜在室温下不稳定，会弯曲成管状或其他形状。
一个基本事实是，虽然碳片非常薄，但需要 300 万片碳片才能堆积成 1 毫米厚的石墨层。 但碳片之间的吸引力较弱，使石墨变软，容易剥落。 当铅笔轻轻划过纸张时，留下的痕迹可能是几层甚至只是一层石墨烯。 然而，在2004年之前，还没有人通过实验成功剥离稳定的石墨片。
为了研究石墨的电性能物理学家之夜，海姆和诺沃肖洛夫需要非常薄的石墨片，甚至单层碳片。 他们最初希望通过研磨石墨晶体来获得薄片，但没有成功。 随后，技术人员向他们展示了如何使用透明胶带去除隧道扫描显微镜上残留的石墨，然后才能进行观察。 在周五晚上的一次实验中，他们用透明胶带粘上一些石墨薄膜，然后用胶带反复粘贴和剥离薄膜。 薄膜变得越来越薄，直到只剩下一层。 他们将这些石墨薄膜放置在氧化硅基板上，并通过显微镜观察它们。
两人将他们的新发现写成一篇论文，发表在 2004 年 10 月号《科学》杂志上。 在论文中，他们描述了石墨烯的结构、特性和性能，以及获得石墨烯的方法。
事实上，美国物理学家R. Ruoff的研究小组在1999年的一篇论文中首先提出并测试了这种方法，但他们无法识别出任何单层碳膜。 海姆和诺沃肖洛夫之所以成功，是因为他们用光学方法鉴定了只有几层结构的碎片，发现其中一个碎片只有一层碳膜； 此外，他们将石墨烯制成全息图。 该棒连接到电极并通电以研究其电特性。
石墨烯只有一个原子厚，是人类历史上发现的第一种二维晶体材料。 这种新材料具有许多非凡的性能，可用于基础理论研究，具有无限的应用前景。 物理学家用它来研究量子霍尔效应和隧道效应； 该行业用它来开发触摸屏并将其制成超快晶体管。 诺贝尔奖委员会的文章指出，石墨烯的柔韧性可用于制造超强、超薄、超轻的复合材料，用于制造未来的汽车、飞机和卫星。
一种精神
“有时用手就能完成非常简单的实验，就能做出非常简单的发现。” ——安德烈·海姆
石墨烯打开了基础物理学和应用物理学的大门。 它的故事传达的一个信息是，实验物理不一定需要复杂的设备，而且可以简单地完成。
美国国家标准与技术研究所的一位物理学家告诉《纽约时报》，他曾经对石墨烯的未来持怀疑态度，但是，“每年，我都会惊讶地看到新的实验显示其潜在应用。” ，从电子设备到化学传感器再到复合材料。” 他认为，诺贝尔奖授予海姆和诺沃肖洛夫反映了石墨烯可能带来的应用和新的物理实验。 他表示，石墨烯具有“一种以前只在高能物理学中见过的特性，这是一个疯狂的开始”，并且不再需要粒子加速器。 “你可以在桌面上做相对论实验。”
诺沃肖洛夫在接受诺贝尔基金会采访时说：“做一些令人着迷的事情，让事情变得疯狂。” “这就是周五晚上实验的真正精神。你无法使用任何复杂的仪器或任何东西。” 。 事情只能徒手去做，有结果，那就有效。 石墨烯就是其中一个例子。”
海姆认为，石墨烯的发现表明：“你不需要在哈佛或剑桥这些拥有最聪明的人和最好的设备的大学。你仍然可以在拥有二流或三流设备的大学。了不起的工作。我希望这个例子能让年轻科学家更有热情，相信即使你不在最好的地方或最好的时间，你也可以做出一些事情。”
海姆和诺沃肖洛夫仍在研究石墨烯，但该领域正变得越来越拥挤，成千上万的科学家，海姆希望开辟新的角落。
与诺贝尔生理学或医学奖获得者罗伯特·爱德华兹一起，今年的三位诺贝尔奖获得者都是在英国完成工作的，而且三位都是英国皇家学会的会员。 英国皇家学会主席马丁·李表示，这些奖项凸显了国家支持基础研究的重要性，并警告说，英国政府日益严格的移民配额将阻止像海曼博士和诺沃肖洛夫博士这样的人进入英国。
