在国家石墨烯研究所与Andre Geim的对话

Andre Geim爵士教授屡次被汤森路透评为全球最活跃的科学家之一。他凭借开创性的研究不断产生深远影响。

他是迄今为止唯一一位同时获得“搞笑诺贝尔奖”和诺贝尔奖（均为物理学奖）的人。他很少接受采访，因此这次对话实属难得。

以下是他与我及现场听众对话中的部分精彩内容……

您认为石墨烯为何能引起如此广泛的关注？

这是一种充满惊喜且极致非凡的材料。它不仅是迄今为止发现的最薄、最坚固、导电性和导热性最强的材料，而且也是进入市场速度最快的材料。我们最初是在网球拍和滑雪板等体育器材上看到石墨烯的应用，尽管当时许多人认为这主要是种营销噱头。如今，随着石墨烯被用于改进手机、电池、涂料和汽车零部件，我们正看到更多切实可行的应用。

您如何看待这一整个研究领域的现状？

石墨烯仅仅是全新二维（2D）材料家族中的一员。我们已知的此类材料还有上千种。对这些材料的探索才刚刚开始。以氮化硼（hBN）为例，它与石墨烯相似，但其结构由硼和氮原子交替排列组成，而非碳原子。二硫化钼（MoS2）是另一种二维晶体，其多种特性使其成为未来电子设备的极具前景的候选材料。

除了了解这些新材料的性质外，我们还学会了如何将它们组合成层状堆叠结构，即范德华异质结构。潜在的组合方式几乎无穷无尽。二维材料及其异质结构将在未来数十年内持续为我们提供研究课题。

Adrian Nixon在国家石墨烯研究所与安德烈·海姆的对话（图片由曼彻斯特大学提供）

您提到石墨烯是一种神奇材料，能详细介绍一下吗？

出乎所有人意料的是，石墨烯几乎每隔几年就会展现出新的面貌。最近的一个例子是双层石墨烯，其中两层之间存在轻微的旋转（约1度）。这种旋转使得石墨烯在冷却至2开尔文时表现出超导性。这确实令人惊讶，此前无人预料或预测到这一点。人们仍在努力理解其中的机制。这项研究被称为“扭曲电子学”，这是一个新兴领域，致力于探索范德华异质结构中原子层以不同角度排列所产生的影响。这将让科学家们忙上许多年。

您是否也在研究二维材料的其他方面？

让我为您介绍曼彻斯特大学过去三年间开展的最新研究案例。当从块体晶体中剥离出石墨烯等原子层时，人们通常关注被分离出的物质——无论是石墨烯还是其他二维晶体。而我们转变了视角，开始思考“残留物”会具有怎样的性质。这其实是一个高度仅为几埃的空隙。

这些二维空隙可以作为纳米毛细管使用，而且正如我们所发现的，它们表现出相当独特的性质。它们允许某些分子（如水）通过，而其他较大分子和离子则无法通过。这模拟了生命的基本要素——如水通道蛋白等蛋白质通道。借助这种二维空隙，我们现在能够探索气体和液体在真正的原子尺度限制下的行为，这对许多科学领域都至关重要，包括我们对生命复杂性及其运作机制的理解。

太棒了，谢谢你，安德烈。你让我们得以一窥诺贝尔奖得主的思维方式。愿你继续探索，用你的发现持续吸引我们。