石墨烯，薄如蟬翼，卻韌性十足，是世界上已知的最薄的納米級材料。其極佳的導(dǎo)電性能和透光率更讓各國科學(xué)家認(rèn)為，它將有可能“顛覆世界電子行業(yè)的未來”。
而這種神奇材料的發(fā)現(xiàn)，竟源自于“手撕”一塊透明膠帶的結(jié)果。
2010年，英國曼徹斯特大學(xué)的安德烈·海姆（Sir Andre Geim）與同事康斯坦丁·諾沃肖洛夫（Konstantin Novoselov）因“在二維材料石墨烯方面所做的開創(chuàng)性工作”，獲得了當(dāng)年的諾貝爾物理學(xué)獎。
繼今年8月記者有幸專訪到來中國推廣石墨烯新產(chǎn)品的海姆后，在不久之后舉辦的2016年“浦江創(chuàng)新論壇”上，記者再次巧遇諾沃肖洛夫。在這一對師徒身上，都能找尋到一種化腐朽為神奇、化苦難為樂趣的“科學(xué)頑童”精神。
苦中作樂
1974年，諾沃肖洛夫出生在前蘇聯(lián)烏拉爾山脈的一座中型工業(yè)城市——下塔吉爾。他的母親是一名英語老師，父親是當(dāng)?shù)毓S的一名工程師。
這座工廠規(guī)模十分龐大，幾乎覆蓋了整座城市。在那時的小諾沃肖洛夫眼中，工廠幾乎是他們一家人的生活中心。
早上7點(diǎn)整，呼嘯的汽笛聲就會把幾英里外的人都叫醒；7點(diǎn)半，第二聲汽笛催促著人們趕緊離開家里；8點(diǎn)整的鈴聲意味著工廠一天忙碌工作的開始；下午4點(diǎn)半，輕快的下班鈴又會告訴他們終于可以回家了。
對于懵懂的小諾沃肖洛夫而言，這有些惱人的井然有序并不是重點(diǎn)。令他兩眼放光的是，這座工廠生產(chǎn)的是讓每個小男孩都覺得“很酷”的東西——火車車廂和坦克。“甚至包括傳說中的T-34”坦克，諾沃肖洛夫回憶道。
被這些高科技產(chǎn)業(yè)所環(huán)繞，就意味著周圍有大量的高素質(zhì)工程師和專業(yè)技術(shù)人員，這也潛移默化地讓小諾沃肖洛夫和周圍一眾男生的愛好變得相對偏技術(shù)。
“除了越野滑雪之外，我非常地迷戀車，主要是因?yàn)槲业母赣H也非常喜歡汽車運(yùn)動，而且汽車的很多部件都是生產(chǎn)或改裝自我們之手。”諾沃肖洛夫通過這個喜好，學(xué)會了一部分車床加工、銑削焊接的技能。
諾沃肖洛夫稱自己一直是“技術(shù)流的”。在他8歲的時候，父親送給他一套德國的鐵路模型，但在其中，他用得最多的是變頻的直流電源。他用其來做電解實(shí)驗(yàn)，或者用來建電磁鐵。
每天放學(xué)后，諾沃肖洛夫都會悄無聲息地犒賞自己一番：他會在家中的廚房里來點(diǎn)小實(shí)驗(yàn)，比方說尋找火藥的配方，或者是鑄造金屬，然后再偷偷地把廚房清理干凈。
對于廚房的折磨隨著年級的升高而大大減少，但諾沃肖洛夫?qū)τ谶@種實(shí)驗(yàn)的熱情卻得到了物理老師Ljudmila Rastorgueva的支持。她允許諾沃肖洛夫自由使用學(xué)校物理實(shí)驗(yàn)室的設(shè)備，并與數(shù)學(xué)老師一起，介紹他去參加莫斯科物理技術(shù)學(xué)院（Phystech）的遠(yuǎn)程教育學(xué)校，并鼓勵他參加各種級別的奧林匹克物理和數(shù)學(xué)競賽。
鑒于他在莫斯科物理技術(shù)學(xué)院的遠(yuǎn)程學(xué)習(xí)經(jīng)驗(yàn)，再加上奧林匹克競賽的成績，1991年，諾沃肖洛夫輕松地來到莫斯科物理技術(shù)學(xué)院，學(xué)習(xí)物理和量子電子學(xué)。
全新體驗(yàn)
莫斯科物理技術(shù)學(xué)院與該國的其他高校有所不同。傳統(tǒng)來講，這里的科研工作主要都集中在研究機(jī)構(gòu)，而莫斯科物理技術(shù)學(xué)院所采取的方法是將這些研究機(jī)構(gòu)當(dāng)作所謂的“研究基地”。在這里，學(xué)生可以跟進(jìn)專業(yè)課程并參與研究項(xiàng)目。
諾沃肖洛夫的第一個“基地”是最初專注于研究強(qiáng)大的激光系統(tǒng)及其軍事應(yīng)用的國家研究中心Astrophysica。但不到一年，他就決定這并不是自己想要的，并即刻選擇了到切爾諾戈洛夫卡的微電子技術(shù)研究所學(xué)習(xí)微電子技術(shù)。在這里，他遇到了一群非常有激情和熱心的科學(xué)工作者，并接受了一系列令他迅速成長的課程。
諾沃肖洛夫回憶道，自己在這里學(xué)習(xí)到了很多，從最基本的人際交往到最復(fù)雜的實(shí)驗(yàn)技巧，“我記得自己非常嫉妒他們的技能能夠讓他們處理最微小的樣本”。
于是，秉承著“只要功夫深，鐵杵磨成針”的信念，諾沃肖洛夫讓一位好友給他拿來了一把“見血封喉”的剃須刀，一面給自己刮胡子，一面練習(xí)雙手的穩(wěn)定性。“那是一段相當(dāng)痛苦而且血腥的經(jīng)歷”，對自己痛下狠手的他，在短期內(nèi)也得到了迅速的提升。
1997年，諾沃肖洛夫繼續(xù)在這間實(shí)驗(yàn)室做博士生，也仍舊用著同一把剃須刀。但當(dāng)他聽到自己有機(jī)會到荷蘭奈梅亨大學(xué)跟隨導(dǎo)師海姆時，他毫不猶豫地放下一切，追隨海姆來到了荷蘭。
“安德烈以其作為實(shí)驗(yàn)主義者的創(chuàng)新和創(chuàng)意而聞名，因此我想都沒想”就奔赴荷蘭。1999年，他開始跟著海姆在Jan Kees Maan教授的高磁場實(shí)驗(yàn)室攻讀博士學(xué)位。
“這對我來說是非常不一樣的體驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)室很大、國際化，同時有大量的各種各樣的項(xiàng)目在進(jìn)行。”對諾沃肖洛夫而言，這毫無疑問地拓寬了他在科學(xué)方面的視野，但卻于他的荷蘭語毫無益處。“我們的社群太國際化了，我們會操著一口奇怪的英語方言，再各自摻雜著一點(diǎn)意大利語、法語、荷蘭語和俄語。”
科學(xué)頑童
2001年，隨著大部分人完成了博士學(xué)位和博士后工作，這個曾經(jīng)熱鬧的社群也開始逐漸冷清了起來。就在這一年，海姆遷到了英國的曼徹斯特大學(xué)，諾沃肖洛夫也毫不猶豫地緊隨其后，即便這意味著他再次中途放棄了完成博士學(xué)位的計(jì)劃。
但是等到師徒二人來到曼徹斯特大學(xué)后，發(fā)現(xiàn)等待著他們的是一間空空如也的屋子，實(shí)驗(yàn)室里除了汽輪泵幾乎什么都沒有。
但這對于兩個“科學(xué)頑童”而言，根本不算什么。“這是我在不到三年內(nèi)的第三間實(shí)驗(yàn)室，而且又是一次全新的體驗(yàn)。”一切都必須要從頭開始搭建，但這也為他們帶來了不少的樂趣，“因?yàn)槊考O(shè)備都是根據(jù)我們的具體需求定制出來的”，諾沃肖洛夫說。
那時的實(shí)驗(yàn)室，只有海姆、Irina Grigorieva、諾沃肖洛夫和其他幾位博士后和訪問學(xué)者，但是他們所接觸到的項(xiàng)目數(shù)量卻沒有因此減少，甚至可能還有所增加。除了主流的項(xiàng)目外，他們還進(jìn)行了著名的“磁化水”、介觀超導(dǎo)電性、壁虎膠帶、柵電極掃描隧道顯微術(shù)實(shí)驗(yàn)等等。
這些看似“不靠譜”的“周五晚實(shí)驗(yàn)”雖然與二人的專業(yè)領(lǐng)域相差甚遠(yuǎn)，但卻也產(chǎn)生了相當(dāng)有趣的結(jié)果。懸浮的青蛙為海姆和Michael Berry贏得了2000年的“搞笑諾貝爾獎”，甚至走進(jìn)了很多學(xué)校的教科書。
“物理學(xué)的一大魅力之處在于我們是在與概念打交道，然后這些概念可以應(yīng)用到各個領(lǐng)域不同的物理情況當(dāng)中。”諾沃肖洛夫在接受《科學(xué)新聞》記者采訪時表示。
“手撕”石墨烯
其中，海姆發(fā)起了一個研究項(xiàng)目，試圖制作出一個金屬場效應(yīng)晶體管。彼時，對于材料的選擇很自然地落在了石墨身上，這主要是因?yàn)槠漭d流子濃度較低。
當(dāng)海姆把一塊非常昂貴的石墨交給他的博士生，希望他能把石墨拋光成盡可能薄的薄膜時，這位博士生滿腔熱情地把整塊石墨一點(diǎn)點(diǎn)地拋成了粉末。那時，他們以為自己不得不放棄整個項(xiàng)目。然而，一個意想不到的解決方法從Oleg Shkliarevskii領(lǐng)導(dǎo)的掃描隧道顯微術(shù)的項(xiàng)目中蹦了出來。
Shkliarevskii在做第一批掃描時，給諾沃肖洛夫看了清理石墨的方法——透明膠帶。使用當(dāng)時從垃圾桶里撿出來的透明膠帶（殘留物成片剝落在上面），諾沃肖洛夫用了不到1小時就制作出來，并立即就展示出少得可憐的場效應(yīng)。然而，無論當(dāng)時所產(chǎn)生的效應(yīng)再怎么小，他們顯然意識到，自己無意間發(fā)現(xiàn)了一個非常重大的事件。
隨后，他們即刻開始著手，不出幾個月就有了第一臺石墨烯設(shè)備。不過，由于當(dāng)時他們所獲得的結(jié)果有些讓他們摸不清頭腦，因此，他們也從理論學(xué)家那里獲得了巨大的幫助。
沒有使用昂貴的拋光機(jī)器，也沒有使用實(shí)驗(yàn)工作者所能想到的常規(guī)手段，憑著一塊“垃圾桶里撿來的”透明膠帶，就這樣以一種意想不到的方式，發(fā)現(xiàn)了這種能夠?yàn)槲磥韼眍嵏残宰兏锏牟牧稀?/font>
這個故事告訴我們，“我們不可能從教科書或文章中學(xué)到科學(xué)的精神。”諾沃肖洛夫表示，“它們可能會在大學(xué)教給我們物理、化學(xué)和很多其他學(xué)科的知識，但我們需要依靠自己去培養(yǎng)如何能夠最好地‘做科研’的直覺。”
他在接受諾貝爾獎的同時，也非常感謝自己的導(dǎo)師海姆：“他極具創(chuàng)造力，而且視野寬廣，同時他自己又非常真誠、有判斷力，幾近瘋狂地關(guān)注細(xì)節(jié)。”
他說，在專注于細(xì)節(jié)的時候，人們很容易忽視全局，又或是因?yàn)?ldquo;美麗的理論”而忘乎所以，忽略了對事實(shí)的關(guān)注。“安德烈是可以在這些極端之間找到狹窄小路的大師，而且，如果我此生會為一件事而驕傲的話，就是我學(xué)到了一點(diǎn)這種風(fēng)格。”■