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    3. 作者: 記者 姜天海 來源: 發布時間:2017-1-3 14:55:57
      一塊膠帶撕出來的“師徒”諾獎

       
      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。其極佳的導電性能和透光率更讓各國科學家認為,它將有可能“顛覆世界電子行業的未來”。
       
      而這種神奇材料的發現,竟源自于“手撕”一塊透明膠帶的結果。
       
      2010年,英國曼徹斯特大學的安德烈·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性工作”,獲得了當年的諾貝爾物理學獎。
       
      繼今年8月記者有幸專訪到來中國推廣石墨烯新產品的海姆后,在不久之后舉辦的2016年“浦江創新論壇”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“科學頑童”精神。
       
      苦中作樂
       
      1974年,諾沃肖洛夫出生在前蘇聯烏拉爾山脈的一座中型工業城市——下塔吉爾。他的母親是一名英語老師,父親是當地工廠的一名工程師。
       
      這座工廠規模十分龐大,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點整,呼嘯的汽笛聲就會把幾英里外的人都叫醒;7點半,第二聲汽笛催促著人們趕緊離開家里;8點整的鈴聲意味著工廠一天忙碌工作的開始;下午4點半,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。令他兩眼放光的是,這座工廠生產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。
       
      被這些高科技產業所環繞,就意味著周圍有大量的高素質工程師和專業技術人員,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。
       
      “除了越野滑雪之外,我非常地迷戀車,主要是因為我的父親也非常喜歡汽車運動,而且汽車的很多部件都是生產或改裝自我們之手。”諾沃肖洛夫通過這個喜好,學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。他用其來做電解實驗,或者用來建電磁鐵。
       
      每天放學后,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小實驗,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,但諾沃肖洛夫對于這種實驗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校物理實驗室的設備,并與數學老師一起,介紹他去參加莫斯科物理技術學院(Phystech)的遠程教育學校,并鼓勵他參加各種級別的奧林匹克物理和數學競賽。
       
      鑒于他在莫斯科物理技術學院的遠程學習經驗,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學院,學習物理和量子電子學。
       
      全新體驗
       
      莫斯科物理技術學院與該國的其他高校有所不同。傳統來講,這里的科研工作主要都集中在研究機構,而莫斯科物理技術學院所采取的方法是將這些研究機構當作所謂的“研究基地”。在這里,學生可以跟進專業課程并參與研究項目。
       
      諾沃肖洛夫的第一個“基地”是最初專注于研究強大的激光系統及其軍事應用的國家研究中心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研究所學習微電子技術。在這里,他遇到了一群非常有激情和熱心的科學工作者,并接受了一系列令他迅速成長的課程。
       
      諾沃肖洛夫回憶道,自己在這里學習到了很多,從最基本的人際交往到最復雜的實驗技巧,“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,一面練習雙手的穩定性。“那是一段相當痛苦而且血腥的經歷”,對自己痛下狠手的他,在短期內也得到了迅速的提升。
       
      1997年,諾沃肖洛夫繼續在這間實驗室做博士生,也仍舊用著同一把剃須刀。但當他聽到自己有機會到荷蘭奈梅亨大學跟隨導師海姆時,他毫不猶豫地放下一切,追隨海姆來到了荷蘭。
       
      “安德烈以其作為實驗主義者的創新和創意而聞名,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教授的高磁場實驗室攻讀博士學位。
       
      “這對我來說是非常不一樣的體驗。實驗室很大、國際化,同時有大量的各種各樣的項目在進行。”對諾沃肖洛夫而言,這毫無疑問地拓寬了他在科學方面的視野,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,再各自摻雜著一點意大利語、法語、荷蘭語和俄語。”
       
      科學頑童
       
      2001年,隨著大部分人完成了博士學位和博士后工作,這個曾經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,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位的計劃。
       
      但是等到師徒二人來到曼徹斯特大學后,發現等待著他們的是一間空空如也的屋子,實驗室里除了汽輪泵幾乎什么都沒有。
       
      但這對于兩個“科學頑童”而言,根本不算什么。“這是我在不到三年內的第三間實驗室,而且又是一次全新的體驗。”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,“因為每件設備都是根據我們的具體需求定制出來的”,諾沃肖洛夫說。
       
      那時的實驗室,只有海姆、Irina Grigorieva、諾沃肖洛夫和其他幾位博士后和訪問學者,但是他們所接觸到的項目數量卻沒有因此減少,甚至可能還有所增加。除了主流的項目外,他們還進行了著名的“磁化水”、介觀超導電性、壁虎膠帶、柵電極掃描隧道顯微術實驗等等。
       
      這些看似“不靠譜”的“周五晚實驗”雖然與二人的專業領域相差甚遠,但卻也產生了相當有趣的結果。懸浮的青蛙為海姆和Michael Berry贏得了2000年的“搞笑諾貝爾獎”,甚至走進了很多學校的教科書。
       
      “物理學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用到各個領域不同的物理情況當中。”諾沃肖洛夫在接受《科學新聞》記者采訪時表示。
       
      “手撕”石墨烯
       
      其中,海姆發起了一個研究項目,試圖制作出一個金屬場效應晶體管。彼時,對于材料的選擇很自然地落在了石墨身上,這主要是因為其載流子濃度較低。
       
      當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點地拋成了粉末。那時,他們以為自己不得不放棄整個項目。然而,一個意想不到的解決方法從Oleg Shkliarevskii領導的掃描隧道顯微術的項目中蹦了出來。
       
      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。然而,無論當時所產生的效應再怎么小,他們顯然意識到,自己無意間發現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備。不過,由于當時他們所獲得的結果有些讓他們摸不清頭腦,因此,他們也從理論學家那里獲得了巨大的幫助。
       
      沒有使用昂貴的拋光機器,也沒有使用實驗工作者所能想到的常規手段,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,發現了這種能夠為未來帶來顛覆性變革的材料。
       
      這個故事告訴我們,“我們不可能從教科書或文章中學到科學的精神。”諾沃肖洛夫表示,“它們可能會在大學教給我們物理、化學和很多其他學科的知識,但我們需要依靠自己去培養如何能夠最好地‘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師海姆:“他極具創造力,而且視野寬廣,同時他自己又非常真誠、有判斷力,幾近瘋狂地關注細節。”
       
      他說,在專注于細節的時候,人們很容易忽視全局,又或是因為“美麗的理論”而忘乎所以,忽略了對事實的關注。“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,就是我學到了一點這種風格。”■
       
      《科學新聞》 (科學新聞2016年12月刊 高端訪談)
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