人物｜他的诺奖，是一根胶带纸撕出来的
钱江晚报2019-10-07 15:08
钱江晚报·小时新闻记者 章咪佳/文 通讯员 卢绍庆/摄
2016年秋天，2010年诺贝尔物理学奖得主安德烈·海姆教授正式受聘为浙江大学名誉教授。
【人物名片】
安德烈·海姆，2010年诺贝尔物理学奖得主，英国曼彻斯特大学科学家。1958年10月，他出生于俄罗斯西南部城市索契，先后在俄罗斯、荷兰、丹麦、英国做过研究工作。在他的职业生涯中，发表了超过150篇的顶尖文章，其中很多都发表在自然和科学杂志上。
这位被学界称作“石墨烯教父”的俄裔教授，时年58周岁，那年在浙大作了一场学术报告。
海姆教授打扮低调：白衬衫、黑西裤、黑皮鞋，不过又不失时尚风度，白衬衫的门襟一边和领子衬里绣着一圈格子花纹，要知道现在娱乐圈帅哥们喜欢的白衬衣，也不过是这点心机。
当然，更有意思的是海姆教授给浙大师生作的那场演讲，作为浙大120周年校庆之学术大师大讲堂系列讲座之一，他的题目是：《Random Walk to Graphene（直译是：漫步至石墨烯》。意译过来，用中国诗人陶渊明的诗句再合适不过：“采菊东篱下，悠然见南山。”
如果将来浙大学子成为海姆教授的学生，他会带着浓重的俄语口音跟你说：“实验看似漫不经心，但创新的点子却不是漫无目的的。”听听他讲的三个故事，你就明白了。
【故事一】让青蛙“飞”起来
海姆教授是至今所有的诺奖得主中，第一位、也是唯一一位同时获得过搞笑诺奖和真正诺奖的双料诺奖获奖者。
搞笑诺奖以怪诞却充满科学意义的科学研究出名，海姆教授的获奖项目叫“飞翔的青蛙”。这也是昨天他讲的第一个“随意”的实验。
上世纪90年代，海姆曾经是荷兰奈梅亨大学副教授。当时，他所在的实验室最主要的设备优势是强大的电磁铁。
“这些庞然大物能够产生20特斯拉的磁场，极其费电，我们只能在每天晚上电价便宜的时候用几个小时。”
但有点尴尬的是，海姆团队当时做的课题仅仅需要非常微弱的磁场（小于0.01特斯拉）。海姆说，“我觉得自己有责任找到一些可以利用到这些强大的电磁铁的研究课题。”
海姆开始漫不经心地大量翻看文献，无意中看到了传说中的“磁化水”现象——据说，把一块永久磁铁放在热水龙头上可以防止水垢在水管里的形成。
在某个周五的晚上，他把一点水倒进了实验室正在产生巨大磁场的仪器里。
“很显然，没有人曾经尝试过做这样傻的事情，虽然这种类似的仪器在世界上几个实验室里已经存在了几十年了。”
让人极为惊讶的是：水并没有从强磁铁中流出来，水滴悬浮在磁铁的中心，就像在太空中一样。“这太神奇了！我们很快意识到这个现象背后的物理是我们熟悉的逆磁性。”水这么微弱的逆磁效应，比铁的磁性要弱10亿倍，居然可以抵抗重力。
飞翔的青蛙（资料图）来源：网络
于是海姆乐此不疲地继续往磁场里头“扔”东西，“有草莓、西红柿……还有青蛙！”就是那只著名的“飞翔的青蛙”。
“虽然它有些怪诞，但是这个实验让人们重新审视逆磁效应，我们不再认为它是一种微不足道的性质了。”
海姆教授说，直到现在，都会有年轻人跟他打招呼，“教授我认识你！不过不是因为石墨烯，而是因为悬浮青蛙。”
【故事二】星期五晚上的实验
磁悬浮实验如此有趣，让海姆“上了瘾”。
“它给我上了重要的一课，那就是尝试和我的专业领域八竿子打不着的研究，有可能会产生非常有趣的结果，即使最初的想法可能是极其简单的。这段经历影响了我的研究风格。”从那以后，海姆开始做一些不合常规的实验尝试，并且称它们为“星期五晚上的实验”。
重要的是，这些实验需要好几个月的横向思考，毫无明确目的地查阅不相关的文献。“最终，你会找到一种感觉——注意是感觉而不是想法——你会感觉到什么问题研究一下可能会很有趣。”
之后，海姆开始用这种横向思考，来设计本科生和研究生的课题。学生们对于这种研究方式总是感到很兴奋。
为了不影响学生们的正常学习和毕业，这些研究通常耗时不超过几个月。虽然随着每一次的失败渐成事实，起初的热情都会慢慢消退，但这些广泛探索的研究经历是他们人生中的无价之宝。
而让人惊奇的是，有的时候失败并未如期而至。
海姆讲到的第二个实验“壁虎胶带”，就是这样的一个例子。
一个偶然的机会，他读到一篇文章，描述了壁虎超强的攀爬能力背后的原理，“壁虎脚趾上覆盖着许多微细的绒毛，每一根绒毛能够和它要攀爬的表面产生微弱的范德瓦尔斯力（10的负九次方牛顿量级），但是亿万根这样的绒毛就足以产生巨大的吸引力，从而可以使得壁虎爬上任何物体表面，甚至玻璃天花板。”
海姆和朋友设计出了一种能够模拟壁虎脚趾上绒毛的材料，他跟实验室的学生们开玩笑说：“喏，你们拿去，可以当蜘蛛侠嘞！”
受启发后的美国科学家发明的壁虎面板，能够让人成功攀爬上几十米高的墙面。来源：网络
不过，这种人造材料比不上壁虎的脚趾。经过几次粘贴和分离之后，它的黏附力就完全消失了。“但是，这仍不失为一个重要的验证性实验，它启发了其他人在这个领域中的深入研究。我们希望某一天人们能够复制出像壁虎脚趾那样的结构和具有自我清洁功能的胶带。这样这项研究就可以转化成产品了。”
【故事三】一根胶带撕出的诺奖
在大约15年的时间里，海姆的“星期五晚上实验”一共做了二三十个这样的实验，可以想见，大部分的都彻底失败了。但他们有3个实验成功了：磁悬浮、壁虎胶带，以及后来为海姆和学生诺沃肖罗夫赢得诺奖的石墨烯实验。
很多人知道“石墨烯教父”的传说，是源于一段胶带纸。海姆跟大家分享了胶带纸撕出石墨烯的故事。
海姆先是建议学生用抛光机打磨人造高定向热解石墨，想磨出一块超薄的石墨烯来。磨了几个月后，学生给了海姆一个玻璃盒子，底部躺着一块小小的石墨片。“他说这已经是用抛光机能做到的薄膜的极限了。”可海姆用光学显微镜观察了一下，估计它大约有10微米厚，“这太厚了”。
旁边实验室有一位来自乌克兰的高级研究员奥列格，海姆告诉他：“我们正在做的事情，是要把一座山磨成一颗沙。”奥列格是扫描隧道显微镜方面的专家，他从自己的实验室拿来了一根粘着石墨片的胶带——据说这是他从一个垃圾桶里翻出来的。
一般在实验前，研究员都会用胶带把石墨表层撕掉，从而露出干净新鲜的表面来供扫描隧道显微镜扫描，从来没有人仔细看过扔掉的胶带上有些什么东西。海姆把欧列格的胶带放在显微镜底下，发现有一些碎片远比学生制作的那块要薄。
此后，整个团队加班加点在实验室制备样品，测量和分析数据，提炼出了石墨烯样品，并搞清楚了它的电子学性质。2004年9月，他们的论文发表在《科学》上。6年后，海姆为此获得了诺贝尔物理学奖。
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