文 /安康高中 朱晉杰（小豬老師）

一年一度的諾貝爾獎出爐了，小豬老師還是關注在自己的本科物理專業上，這次的得獎研究是石墨烯，很奇怪的是愈高階的研究，物理與化學的研究範疇愈搞不清楚，就石墨烯而言，很多大學的研究關注都是在化學領域中。

↑諾貝爾像，參考自網路。

說到諾貝爾物理學獎，小豬老師之前有一篇相關文章諾貝爾物理學獎可供參考。

至於諾貝爾獎的由來典故，簡單介紹一下：

諾貝爾終生未娶，亦無子嗣。在其逝世前，親兄弟也早一步去世。但他的發明－炸藥，取得了眾多的科研成果，也成功設立許多工廠生產，累積巨大財富。

由於諾貝爾終生主張和平主義，也因此他對於自己改良的炸藥作為破壞及戰爭的用途始終感到痛心。在即將辭世之際，諾貝爾立下了遺囑：「請將我的財產變做基金，每年用這個基金的利息作為獎金，獎勵那些在前一年為人類做出卓越貢獻的人。」根據他的這個遺囑，從1901年開始，具有國際性的諾貝爾獎創立了。諾貝爾在遺囑中還寫道：

把獎金分為5份：

獎給在物理方面有最重要發現或發明的人；
獎給在化學方面有最重要發現或新改進的人；
獎給在生理學或醫學方面有最重要發現的人；
獎給在文學方面表現出了理想主義的傾向並有最優秀作品的人；
獎給為國與國之間的友好、廢除使用武力作出貢獻的人。

為此，諾貝爾分設了5個獎。

而有很多父子都獲得諾貝爾物理學獎的。

1. 1906年物理獎和 1937年物理獎的是約瑟夫·湯姆孫Joseph John Thomoson （1892年5月3日 - 1975年9月10日）英國物理學家，英國皇家學會院士 & 喬治·佩吉特·湯姆孫George Paget Thomson(湯姆遜父子)

2. 1915年物理獎的是William Henry Bragg威廉·亨利·布拉格 & William Lawrence Bragg威廉·勞倫斯·布拉格(布拉格父子)

3. 1922年物理獎和1975年物理獎的是Niels Bohr尼爾斯·波耳 & Aage Niles Bohr奧格·尼爾斯·波耳(波爾父子)

4. 1924年物理獎和1981年物理獎的是Karl Manne Georg Siegbahn曼內·西格巴恩 & Kai Manne Borje Siegbahn凱·西格巴恩(賽格巴恩父子)

↑諾貝爾物理、化學獎章，李遠哲先生也有一個，參考自網路。

這一回瑞典皇家科學院(Royal Swedish Academy of Sciences)將物理學獎頒給了51歲的安德烈·海姆(Andre Geim)與36歲的康斯坦丁·諾沃肖洛夫(Konstantin Novoselov)這兩位師生物理學家，以表彰他們在石墨烯(碳的一種新形式)所做的開創性實驗，獎金為150萬美元。

這兩位物理學家均是俄羅斯裔科學家，現任職於英國曼徹斯特大學(University of Manchester)。

他們研究初期的工具十分簡陋﹐就是用一些透明膠帶和普通鉛筆。

我們在理化課程中有學過，碳在石墨結構中具有導電特質，幾年前兩人研究石墨的導電性能時﹐需要使用較薄的石墨﹐於是用銼刀挫下來，但因此獲得的石墨屑達不到實驗目的。

石墨烯是從石墨材料中剝離出的單層碳原子材料，海姆和諾沃謝洛夫把石墨分離成小碎片，從碎片中剝離出較薄的石墨薄片，然後用膠帶黏住薄片兩側，撕開膠帶，薄片就隨之一分為二，不斷重複這個過程，最後得到單層碳原子的石墨烯。

↑石墨烯的樣貌，參考自網路。

石墨烯被認為是世界上最薄、最堅硬的物質﹐比最堅硬的鋼鐵還要堅硬一百倍。它基本上呈透明狀﹐但極為密實﹐氣體和液體都無法滲透。海姆博士說﹐石墨烯比鑽石還堅硬﹐但你卻可以像拉橡膠一樣對它進行拉伸。

↑石墨烯的排列方式，參考自網路。

諾貝爾委員會在其網站上描述石墨烯的科學意義時說﹐一張一平方米的石墨烯吊床肉眼是幾乎看不見的﹐但卻能承受一隻4公斤重的貓﹐而吊床本身的重量還不足貓的一根鬍鬚那麼輕。

↑電子顯微鏡底下的石墨烯，參考自網路。

石墨烯，硬度是鋼的100倍、厚度僅有一個碳原子，傳導速度比矽更快、用途之廣可能成為下一代塑膠，未來更快的電腦、功能更大的手機、更輕的飛機、透明觸控螢幕、超級防彈衣可能都要靠它。

↑石墨烯的能量結構，參考自網路。

石墨烯恰好也是最有名的熱和電的導體。實驗證明，在室溫條件下，電子在石墨烯裡的運行速度是在硅中運行速度的100倍左右。

↑石墨烯的應用，參考自udn網站。

由於電子在石墨烯高速運轉的特性，石墨烯可能會成為製造手機所需的高速晶體管、DNA測序機所需的電極和其它電子器件所需的理想材料。

↑安德烈·海姆（左）和康斯坦丁·諾沃肖洛夫（右），參考自網路。

諾貝爾獎委員會形容這對師徒的無限創意說：「他們把科學研究當成快樂的遊戲，在過程中學習，不經意間就中了大獎。」例如海姆的研究包括讓青蛙懸浮在空中、模仿壁虎腳的物質來製造膠帶，都能跳脫思想窠臼。

51歲的安德烈·海姆和36歲的康斯坦丁·諾沃肖洛夫年齡相差一代，背景和經歷卻如同翻版，兩人都原籍俄羅斯，畢業於莫斯科物理學科技大學，先後在荷蘭進行研究，最後落腳英國曼徹斯特大學，共同研究石墨烯。

↑英國曼徹斯特大學，參考自網路。

康斯坦丁·諾沃肖洛夫曾為安德烈·海姆的博士生，雖然目前兩人都是教授，康斯坦丁·諾沃肖洛夫始終尊海姆為師。

同事形容他們的搭檔得天衣無縫，海姆是創意天馬行空的思想派，諾沃謝洛夫則是實幹實做的行動派，這樣的合作，讓他們從普普通通的鉛筆心石墨、用隨手可得的膠帶寫下物理史。

哈佛大學物理學教授拉岱爾慨嘆，在這個超級強子撞擊機的時代，研究用的機器愈來愈複雜，他們卻靠膠帶拿下諾貝爾獎，實在不可思議。

↑安德烈·海姆（右）和康斯坦丁·諾沃肖洛夫（左），參考自網路。

36歲的康斯坦丁·諾沃肖洛夫有俄國及英國國籍，是1973年以來最年輕的物理學獎得主，他和老師海姆可平分一千萬克朗（約台幣4600萬元）獎金。

簡介這兩位今年的新科諾貝爾物理學獎得主的背景資料：

安德烈·海姆
Андрей Гейм

1958年10月1日 (1958-10-01)（52歲）

出生地

前蘇聯索契

研究領域

物理

國籍

荷蘭

居住地

英國曼徹斯特

研究機構

奈梅亨大學
曼徹斯特大學

獲獎

搞笑諾貝爾獎（2000年）

↑海姆的搞笑諾貝爾作品─磁浮蛙，參考自網路。

莫特獎（2007年）
休斯獎章（2010年）
諾貝爾物理學獎（2010年）

康斯坦丁·諾沃肖洛夫
Константин Новосёлов

1974年08月23日 (1974-08-23)（36歲）

出生地

蘇聯俄羅斯聯邦下塔吉爾

研究領域

固態物理學

國籍

俄羅斯/英國

居住地

英國曼徹斯特

母校

莫斯科物理技術學院

博士導師

安德烈·海姆

最後，引用創用CC報導，原文轉載自http://www.sciscape.org/news_detail.php?news_id=2583有詳盡的介紹：

物理：2010諾貝爾物理學獎

編輯 John C. H. Chen 報導

2010諾貝爾物理學獎頒發給英國曼徹斯特大學的Andre Geim及Konstantin Novoselov，以表彰他們發現石墨烯(graphene)。

石墨烯(graphene)是由單層碳原子所形成的二維片狀結構。最初發現的時候是用膠帶往石墨沾黏而將graphene黏在膠帶上，這個方法甚至被稱為"scotch method"(scotch是一種膠帶的名稱)。研究發現石墨烯不但是最薄的材料(僅有單層碳原子)，同時也是最強韌的材料。

石墨烯本身就具有許多特別的物理性質，同時也開啟了許多應用的可能性。例如graphene基本上透明而且是良好導體，因此被認為很有可能可以用來作為觸控式螢幕或是太陽電池的材料。當與塑膠混合的時候，甚至可能將塑膠轉變成良導體，同時提升塑膠的耐熱性，未來將有可能應用在許多領域。

原始論文
K.S. Novoselov, A.K. Geim, S.V. Morozov, D. Jiang, Y. Zhang, S.V. Dubonos, I.V. Grigorieva, & A.A. Firsov. Electric Field Effect in Atomically Thin Carbon Films, Science 306, 666-669 (2004)
K.S. Novoselov, A.K. Geim, S. V. Morozov, M.I. Katsnelson, I.V. Grigorieva, S.V. Dubonos, & A.A. Firsov. Two Dimensional Gas of Massless Dirac Fermions in Graphene, Nature 438, 197-200 (2005).

參考來源：

• http://nobelprize.org: The Nobel Prize in Physics 2010

這次的諾貝爾物理學家的得主教會了我們兩件事情，第一就是要將「科學研究當成快樂的遊戲」，當今學生學習科學很多人當成一種苦差事，越來越失去學科學作研究的樂趣了，為了追逐分數而不斷地解題背公式，渾然不知為何藥學科學；第二是「研究用的機器愈來愈複雜，他們卻靠膠帶拿下諾貝爾獎」，很多人在進行科學實驗與研究時，不惜動用資本進了很多設備與材料，而最佳的研究方法竟然那麼平易近人與生活化，如果有機會，請將本篇文章與你學科學的朋友或做科學實驗的朋友分享。