康斯坦丁·诺沃肖洛夫

曼彻斯特隔壁的扫描隧道显微镜实验室天天用透明胶带撕石墨——一贴一揭，露出干净的新表面，粘着碎屑的胶带随手扔进垃圾桶。康斯坦丁·诺沃肖洛夫在自传里写，他用的就是一段「真的是从垃圾桶里拿来的」胶带：

不到一个小时，我就做出了一个器件，它立刻显出一点可怜巴巴的场效应。可是不管效应多小，我们都清楚，自己撞上了一个非常大的东西。

几个月后，他们有了第一个真正的石墨烯器件，编号 ZYH-K51。六年后他 36 岁，和导师安德烈·海姆一起站上斯德哥尔摩的领奖台。

坦克厂边上的厨房

1974 年他生在乌拉尔山区的下塔吉尔，一座中等大小的工业城。母亲是他学校的英语老师，父亲是本地大工厂的工程师。那家厂造火车车厢，也造坦克，包括大名鼎鼎的 T-34；外祖父是坦克试车手，1944 年在一次试车事故里失去了双腿。

父亲带他玩卡丁车，他因此学会了车、铣、焊。八岁那年他得到一套德国模型火车，用得最多的却是火车的直流电源——拿来做电解、绕电磁铁。放学后的日常是「找火药配方、熔铸金属，然后把厨房收拾干净」。中学物理老师放手让他随便用学校实验室；他订《量子》杂志，读马丁·加德纳，上莫斯科物理技术学院的函授学校，参加奥林匹克竞赛。

「他们不肯给我枪」

1991 年他顺顺当当考进莫斯科物理技术学院，选了物理与量子电子学系。两年后的 1993 年 10 月，莫斯科街头爆发流血冲突，他也跑去了：

我至今都觉得幸运：尽管我再三坚持，他们还是拒绝给我一支枪。于是我决定，我的革命要在物理里闹，绝不在政治里。

读书期间他在一家建筑公司兼职了大约三年，最后还是选了科学。「科学是绝对不可能『兼职』做的，我很庆幸在职业生涯很早的时候就明白了这一点。」

一把剃刀

按这所学院的老规矩，高年级学生要到一个「基地」研究所做研究。他先被分到一家做激光的军工单位，一年后转去莫斯科郊外的切尔诺戈洛夫卡微电子技术研究所，跟谢尔盖·杜博诺斯学微加工，在杜布罗夫斯基的实验室做隧穿谱。

微加工要手稳。他托一位好朋友弄来一把老式直柄剃刀，每天早上刮胡子时顺便练手。1997 年他在同一个实验室读博，「用的还是那把剃刀，我到今天还在用」。

这个博士学位他没有读完。

两次没读完的博士

1999 年春，他去荷兰奈梅亨，在海姆手下试用两个月。这两个月没留下什么好印象：他忘了盖上液氦杜瓦的盖子；替海姆给一位记者回信，把「最后的机会」拼错了一个字母。海姆还是要了他。1999 年 8 月，他在扬·基斯·马恩的强磁场实验室里重新开始读博。

2001 年初海姆去了曼彻斯特，邀他同去。「我一刻也没犹豫，尽管这意味着我连着第二次把博士扔在半路。」到了曼彻斯特，迎接他的是一间空屋子：一台锁相放大器（至今还能用），一台涡轮泵（至今还在），还有谢尔盖·莫罗佐夫（至今还在身边）。

那几年他什么都做：用霍尔微探针看石榴石里的磁畴壁在晶格势里一跳一跳——移动的步长不到一个原子间距，以第一作者发在 2003 年的《自然》上；帮着做仿壁虎脚毛的胶带；也查过「磁化水」到底有没有那回事。

博士学位是被一笔基金逼出来的。他申请到利华休姆基金会的资助，才发现这笔钱要求申请人有博士学位，只好三个月内把奈梅亨的论文赶出来答辩。「我差一点就在网上买了一个所谓的『人生经验博士』。」基金会那边的回复倒很痛快：「你说你有，那你就有。」2004 年他拿到了学位，论文题目是《介观霍尔微探针的研制与应用》——跟石墨烯没关系。

一个小时，还是几天

石墨烯是海姆起头的「金属场效应晶体管」项目里冒出来的：想看看电场能不能改变一片足够薄的导体的电阻。博士生蒋达先试着把一块石墨抛薄，把一大块昂贵的石墨抛成了灰；接着就是那段垃圾桶里的胶带。

同一件事，两个人记得不一样。在诺沃肖洛夫的自传里，从拿到胶带到看见场效应，不到一个小时；海姆的诺贝尔演讲里则是诺沃肖洛夫「几天之内」用银漆、牙签和镊子做出第一个器件，电阻随电场变了几个百分点——海姆说这一刻才是他真正的尤里卡时刻。两人都同意的是，效应一开始小得可怜，却足以让人确信碰上了大东西。

原理只是一块平板电容器：薄片躺在 300 纳米厚的氧化硅上，底下的硅做栅极，加栅压就能往薄片里灌电子或空穴。金属里原本就有海量电子，灌进去的这点只能让电阻变百分之一左右；可薄到几个原子层，电阻就能变上百倍。

这篇论文诺沃肖洛夫是第一作者，2004 年 10 月刊在《科学》上，摘要里写的是「几个原子厚」的石墨薄膜，室温迁移率约每伏秒一万平方厘米。第二年他又用同一套手法撕出了单层的氮化硼、二硫化钼和其他几种层状晶体，发在《美国科学院院刊》上——这一篇后来成了「二维材料」这个大家族的起点。

朗道书第 148 页

薄片里的电子为什么这么怪？诺沃肖洛夫张罗组会时，请剑桥的德米特里·赫梅利尼茨基来讲。对方迟到了四个小时，当晚就告诉他们：石墨烯里的电子能量与动量成正比，像没有质量的粒子；这种色散在磁场里怎么量子化，朗道与栗弗席兹《量子电动力学》俄文版第 148 页上就有一道现成的习题，在「外场中电子的狄拉克方程」那一节后面。

2005 年 11 月，他以第一作者在《自然》发表《石墨烯中无质量狄拉克费米子的二维气体》，与哥伦比亚大学菲利普·金一组的论文背靠背刊出。他们测到的回旋质量随载流子浓度的平方根变大——普通半导体里这是个常数——还看到了错开半格的量子霍尔平台。

石墨烯的朗道能级不是等间距的，第一格格外宽，宽到室温的热运动都抹不平。2007 年他又以第一作者在《科学》上报告：在室温下，石墨烯里就能看到量子霍尔效应。此前这个效应只在液氦温度附近出现过，冯·克利青 1980 年发现它时也是如此。

图注里的那几个字

2010 年诺贝尔委员会发布的科学背景文件里，有一张图翻印自 2004 年诺沃肖洛夫为第一作者的那篇论文，图注说测的是石墨烯。

一个多月后，佐治亚理工学院的沃尔特·德希尔给委员会写信，列了好几处错误，其中两处落在这篇论文上：一是那张图里测的其实是几层厚的石墨，不是单层；二是胶带剥离法用到石墨烯上「不是 2004 年报道的，而是 2005 年」——他指的是那篇《美国科学院院刊》论文——2004 年的论文展示的只是「从一片超薄石墨上伸出来的一小条石墨烯」。他说写信只是因为「这么重要的文件，记录应该准确」。

另一面，2004 年论文的摘要本身写的就是「几个原子厚」的薄膜，并没有声称测的是单层；海姆回应说，电学测量做在少层上这一点无关紧要，因为 2005 年他们已经报告了单层的数据。委员会坚持评奖决定，但在 11 月 29 日修订了网页版文件，把图注里的「石墨烯」改成「少层石墨烯」，2004 年的成就也改写成「在几层这样的薄片上完成了电学表征」。诺沃肖洛夫本人对这封信的公开表态，目前没有查到。

三十六岁

2010 年 10 月 5 日早上，消息传来时他正在用 Skype 跟人聊新进展。「太意外了。」他对美联社说。那年他 36 岁，诺贝尔委员会说他是 1973 年约瑟夫森（得奖时 33 岁）以来最年轻的物理学奖得主；史上最年轻的仍是 25 岁的劳伦斯·布拉格。

12 月的诺贝尔演讲，他从艾勃特的小说《平面国》讲起。演讲里有一句替胶带法说的公道话：它门槛低，不需要大投入，也不需要复杂设备，「这大大拓宽了石墨烯科学的地理版图」。致谢里他自嘲，每天早上打开预印本网站的凝聚态栏目都很兴奋，「常常还夹着一点失望——得承认，那是因为这项工作不是我先做的」。

2012 年新年授勋，他和海姆同批封爵，理由是「对科学的贡献」。「很高兴看到科学并没有完全与国家隔开，得到了它应得的承认。」

把平面国叠起来

演讲最后一节叫「走向空间国」。他的设想是：既然导电的、绝缘的、也许超导的、带磁性的二维晶体都能单独撕出来，就可以随心所欲地把它们一层层叠成一块材料——

一个「按需定制材料」的全新世界正在向我们打开。

这成了他后来十几年的主业。2012 年，曼彻斯特组用石墨烯夹着几层氮化硼做出了垂直隧穿晶体管；同年他领衔写了《石墨烯路线图》；2016 年又和安东尼奥·卡斯特罗·内托等人在《科学》上系统综述了二维材料与范德华异质结。

2019 年他离开曼彻斯特，去了新加坡国立大学。2021 年他和卡斯特罗·内托共同创建功能智能材料研究所，想做的是能随环境改变自身性质、用机器学习来设计的材料。「要描述这类材料动态的、偏离平衡的性质，物理、化学、生物、材料科学与工程都需要新办法。」

只有光谱仪读得出的笔画

他在厦门大学一位画家的画室里正经学过中国画。老师告诉他：「画什么不要紧，要紧的是能不能把心境传到画里。」他觉得物理和中国画走的是同一条路——走的都是还原论的路子。

后来他把石墨烯墨水带进了画里。石墨烯墨不如中国墨黑，带一层银光，他正好拿来取它的光泽；两种墨混着画，还能让石墨烯的笔画藏在画面里，肉眼看不出来，只有光谱仪才读得出。

「大家都知道我是研究石墨烯的，」他说，「但我想走得更远。」