One atom thick, graphene is the thi

One atom thick, graphene is the thinnest material known and may be the strongest.CREDITILLUSTRATION BY CHAD HAGEN
Until Andre Geim, a physics professor at the University of Manchester, discovered an unusual new material called graphene, he was best known for an experiment in which he used electromagnets to levitate a frog. Geim, born in 1958 in the Soviet Union, is a brilliant academic—as a high-school student, he won a competition by memorizing a thousand-page chemistry dictionary—but he also has a streak of unorthodox humor. He published the frog experiment in the European Journal of Physics, under the title “Of Flying Frogs and Levitrons,” and in 2000 it won the Ig Nobel Prize, an annual award for the silliest experiment. Colleagues urged Geim to turn the honor down, but he refused. He saw the frog levitation as an integral part of his style, an acceptance of lateral thinking that could lead to important discoveries. Soon afterward, he began hosting “Friday sessions” for his students: free-form, end-of-the-week experiments, sometimes fuelled by a few beers. “The Friday sessions refer to something that you’re not paid for and not supposed to do during your professional life,” Geim told me recently. “Curiosity-driven research. Something random, simple, maybe a bit weird—even ridiculous.” He added, “Without it, there are no discoveries.”
On one such evening, in the fall of 2002, Geim was thinking about carbon. He specializes in microscopically thin materials, and he wondered how very thin layers of carbon might behave under certain experimental conditions. Graphite, which consists of stacks of atom-thick carbon layers, was an obvious material to work with, but the standard methods for isolating superthin samples would overheat the material, destroying it. So Geim had set one of his new Ph.D. students, Da Jiang, the task of trying to obtain as thin a sample as possible—perhaps a few hundred atomic layers—by polishing a one-inch graphite crystal. Several weeks later, Jiang delivered a speck of carbon in a petri dish. After looking at it under a microscope, Geim recalls, he asked him to try again; Jiang admitted that this was all that was left of the crystal. As Geim teasingly admonished him (“You polished a mountain to get a grain of sand?”), one of his senior fellows glanced at a ball of used Scotch tape in the wastebasket, its sticky side covered with a gray, slightly shiny film of graphite residue.
It would have been a familiar sight in labs around the world, where researchers routinely use tape to test the adhesive properties of experimental samples. The layers of carbon that make up graphite are weakly bonded (hence its adoption, in 1564, for pencils, which shed a visible trace when dragged across paper), so tape removes flakes of it readily. Geim placed a piece of the tape under the microscope and discovered that the graphite layers were thinner than any others he’d seen. By folding the tape, pressing the residue together and pulling it apart, he was able to peel the flakes down to still thinner layers.
Geim had isolated the first two-dimensional material ever discovered: an atom-thick layer of carbon, which appeared, under an atomic microscope, as a flat lattice of hexagons linked in a honeycomb pattern. Theoretical physicists had speculated about such a substance, calling it “graphene,” but had assumed that a single atomic layer could not be obtained at room temperature—that it would pull apart into microscopic balls. Instead, Geim saw, graphene remained in a single plane, developing ripples as the material stabilized.
Geim enlisted the help of a Ph.D. student named Konstantin Novoselov, and they began working fourteen-hour days studying graphene. In the next two years, they designed a series of experiments that uncovered startling properties of the material. Because of its unique structure, electrons could flow across the lattice unimpeded by other layers, moving with extraordinary speed and freedom. It can carry a thousand times more electricity than copper. In what Geim later called “the first eureka moment,” they demonstrated that graphene had a pronounced “field effect,” the response that some materials show when placed near an electric field, which allows scientists to control the conductivity. A field effect is one of the defining characteristics of silicon, used in computer chips, which suggested that graphene could serve as a replacement—something that computer makers had been seeking for years.
Geim and Novoselov wrote a three-page paper describing their discoveries. It was twice rejected by Nature, where one reader stated that isolating a stable, two-dimensional material was “impossible,” and another said that it was not “a sufficient scientific advance.” But, in October, 2004, the paper, “Electric Field Effect in Atomically Thin Carbon Films,” was published in Science, and it astonished scientists. “It was as if science fiction had become reality,” Youngjoon Gil, the executive vice-president of the Samsung Advanced Institute of Technology, told me.
Labs around the world began studies using Geim’s Scotch-tape technique, and researchers identified other properties of graphene. Although it was the thinnest material in the known universe, it was a hundred and fifty times stronger than an equivalent weight of steel—indeed, the strongest material ever measured. It was as pliable as rubber and could stretch to a hundred and twenty per cent of its length. Research by Philip Kim, then at Columbia University, determined that graphene was even more electrically conductive than previously shown. Kim suspended graphene in a vacuum, where no other material could slow the movement of its subatomic particles, and showed that it had a “mobility”—the speed at which an electrical charge flows across a semiconductor—of up to two hundred and fifty times that of silicon.
In 2010, six years after Geim and Novoselov published their paper, they were awarded the Nobel Prize in Physics. By then, the media were calling graphene “a wonder material,” a substance that, as the Guardian put it, “could change the world.” Academic researchers in physics, electrical engineering, medicine, chemistry, and other fields flocked to graphene, as did scientists at top electronics firms. The U.K. Intellectual Property Office recently published a report detailing the worldwide proliferation of graphene-related patents, from 3,018 in 2011 to 8,416 at the beginning of 2013. The patents suggest a wide array of applications: ultra-long-life batteries, bendable computer screens, desalinization of water, improved solar cells, superfast microcomputers. At Geim and Novoselov’s academic home, the University of Manchester, the British government invested sixty million dollars to help create the National Graphene Institute, in an effort to make the U.K. competitive with the world’s top patent holders: Korea, China, and the United States, all of which have entered the race to find the first world-changing use for graphene.
The progress of a technology from the moment of discovery to transformative product is slow and meandering; the consensus among scientists is that it takes decades, even when things go well. Paul Lauterbur and Peter Mansfield shared a Nobel Prize for developing the MRI, in 1973—almost thirty years after scientists first understood the physical reaction that allowed the machine to work. More than a century passed between the moment when the Swedish chemist Jöns Jakob Berzelius purified silicon, in 1824, and the birth of the semiconductor industry.
New discoveries face formidable challenges in the marketplace. They must be conspicuously cheaper or better than products already for sale, and they must be conducive to manufacture on a commercial scale. If a material arrives, like graphene, as a serendipitous discovery, with no targeted application, there is another barrier: the limits of imagination. Now that we’ve got this stuff, what do we do with it?
Aluminum, discovered in minute quantities in a lab in the eighteen-twenties, was hailed as a wonder substance, with qualities never before seen in a metal: it was lightweight, shiny, resistant to rust, and highly conductive. It could be derived from clay (at first, it was called “silver from clay”), and the idea that a valuable substance was produced from a common one lent it a quality of alchemy. In the eighteen-fifties, a French chemist devised a method for making a few grams at a time, and aluminum was quickly adopted for use in expensive jewelry. Three decades later, a new process, using electricity, allowed industrial production, and the price plummeted.
“People said, ‘Wow! We’ve got this silver from clay, and now it’s really cheap and we can use it for anything,’ ” Robert Friedel, a historian of technology at the University of Maryland, told me. But the enthusiasm soon cooled: “They couldn’t figure out what to use it for.” In 1900, the Sears and Roebuck catalogue advertised aluminum pots and pans, Friedel notes, “but you can’t find any of what we’d call ‘technical’ uses.” Not until after the First World War did aluminum find its transformative use. “The killer app is the airplane, which didn’t even exist when they were going all gung ho and gaga over this stuff.”
Some highly touted discoveries fizzle altogether. In 1986, the I.B.M. researchers Georg Bednorz and K. Alex Müller discovered ceramics that acted as radically more practical superconductors. The next year, they won a Nobel, and an enormous wave of optimism followed. “Presidential commissions were thrown together to try to put the U.S. out in the lead,” Cyrus Mody, a history-of-science professor at Rice University, in Houston, says. “People were talking about floating trains and infinite transmission lines within the next couple of years.” But, in three decades of struggle, almost no one has managed to turn the brittle ceramics into a substance tha

Kết quả (Việt) 1:

Một nguyên tử dày, graphen là vật liệu mỏng nhất được biết đến và có thể là mạnh nhất. CREDITILLUSTRATION BỞI CHAD HAGENCho đến khi Andre Geim, một giáo sư vật lý tại Đại học Manchester, phát hiện ra một vật liệu mới bất thường được gọi là graphen, ông biết đến với một thử nghiệm trong đó ông sử dụng nam châm điện để levitate một con ếch. Geim, sinh năm 1958 tại Liên Xô, là một học tập rực rỡ — là một sinh viên trường trung học, ông đã giành được một cuộc cạnh tranh bởi việc ghi nhớ một từ điển nghìn trang hóa học- nhưng ông cũng có một streak không chánh thống hài hước. Ông công bố thử nghiệm ếch trong tạp chí Châu Âu of Physics, dưới tiêu đề "Của con ếch bay và Levitrons," và trong năm 2000 nó đã giành giải Ig Nobel, một giải thưởng hàng năm cho thử nghiệm silliest. Đồng nghiệp kêu gọi Geim để chuyển vinh dự xuống, nhưng ông đã từ chối. Ông thấy bay lên ếch như là một phần không thể thiếu của phong cách của mình, một sự chấp nhận của tư duy bên có thể dẫn đến phát hiện quan trọng. Ngay sau đó, ông bắt đầu lưu trữ "Thứ sáu buổi" cho học sinh của mình: thí nghiệm dạng tự do, cuối tuần, đôi khi được thúc đẩy bởi một vài loại bia. "Thứ sáu buổi đề cập đến một cái gì đó rằng bạn đang không phải trả tiền cho và không nên làm trong cuộc sống chuyên nghiệp của bạn," Geim nói với tôi gần đây. "Sự tò mò thúc đẩy nghiên cứu. Một cái gì đó ngẫu nhiên, đơn giản, có lẽ một chút lạ — thậm chí vô lý. " Ông nói thêm, "Mà không có nó, không có không có những khám phá."Vào một buổi tối như vậy vào mùa thu năm 2002, Geim đã suy nghĩ về cacbon. Ông chuyên về vật liệu microscopically mỏng, và ông tự hỏi làm thế nào rất mỏng lớp cacbon có thể hành xử theo một số điều kiện thử nghiệm. Than chì, trong đó bao gồm trong các ngăn xếp lớp dày nguyên tử cacbon, là một vật liệu rõ ràng để làm việc với, nhưng các phương pháp tiêu chuẩn để cô lập superthin mẫu nào quá nóng các vật liệu, phá hủy nó. Do đó, Geim đã thiết lập một trong mới tiến sĩ sinh viên của ông, Da Jiang, nhiệm vụ của cố gắng để có được như mỏng một mẫu càng tốt-có lẽ một vài trăm nguyên tử lớp — bởi đánh bóng một tinh thể một inch than chì. Một vài tuần sau đó, Giang Trạch dân chuyển giao một hạt của cacbon trong một món ăn petri. Sau khi xem xét nó dưới một kính hiển vi, Geim nhớ lại, ông yêu cầu anh thử một lần nữa; Giang Trạch dân đã thừa nhận rằng điều này là tất cả những gì còn lại của các tinh thể. Như Geim teasingly admonished anh ta ("bạn bóng một ngọn núi để có được một hạt cát?"), một trong của ông nghiên cứu sinh cao cấp glanced tại một quả bóng được sử dụng băng dính ở wastebasket, phía dính được bảo hiểm với một bộ phim màu xám, hơi sáng bóng của dư lượng than chì.Nó sẽ có là một cảnh quen thuộc trong phòng thí nghiệm trên toàn thế giới, nơi mà các nhà nghiên cứu thường sử dụng băng để kiểm tra các thuộc tính kết dính của mẫu thử nghiệm. Các lớp của cacbon tạo nên than chì được liên kết yếu (do đó nhận con nuôi của mình, năm 1564, cho bút chì, nhà kho một dấu vết có thể nhìn thấy khi kéo trên giấy), do đó băng loại bỏ mảnh của nó dễ dàng. Geim đặt một miếng băng dưới kính hiển vi và phát hiện ra rằng các lớp than chì mỏng hơn bất kỳ những người khác ông đã nhìn thấy. Bởi gấp các băng, nhấn các dư lượng với nhau và kéo nó ngoài, ông đã có thể lột vỏ mảnh xuống vẫn còn mỏng lớp.Geim đã cô lập các vật liệu hai chiều đầu tiên từng được phát hiện: một lớp dày nguyên tử cacbon, xuất hiện, dưới một kính hiển vi nguyên tử, là một lưới các hình lục giác được liên kết trong một mô hình tổ ong bằng phẳng. Nhà vật lý lý thuyết có suy đoán về chất này, gọi nó là "graphen", nhưng đã giả định rằng một lớp nguyên tử duy nhất không có thể được lấy ở nhiệt độ phòng — nó sẽ kéo nhau vào vi bóng. Thay vào đó, Geim thấy, graphen ở lại trong một mặt phẳng duy nhất, phát triển các gợn sóng như là vật liệu ổn định.Geim gia nhập sự giúp đỡ của một sinh viên tiến sĩ tên là Konstantin Novoselov, và họ bắt đầu làm việc ngày 14 giờ học graphene. Trong hai năm tiếp theo, họ thiết kế một loạt thí nghiệm phát hiện startling thuộc tính của vật liệu. Bởi vì cấu trúc độc đáo của nó, điện tử có thể chảy qua lưới unimpeded bởi các lớp khác, di chuyển với tốc độ phi thường và tự do. Nó có thể thực hiện một nghìn lần nhiều điện hơn đồng. Trong những gì Geim sau này gọi là "đầu tiên eureka thời điểm này," họ đã chứng minh rằng graphen có một phát âm là "lĩnh vực có hiệu lực," các phản ứng một số tài liệu Hiển thị khi đặt gần một điện trường, cho phép các nhà khoa học để kiểm soát độ dẫn điện. Một tác dụng lĩnh vực là một trong các đặc tính xác định Silicon, được sử dụng trong chip máy tính, gợi ý rằng graphen có thể phục vụ như là một thay thế-một cái gì đó mà các nhà sản xuất máy tính đã tìm kiếm trong nhiều năm.Geim và Novoselov đã viết một giấy ba-trang mô tả của phát hiện. Nó đã hai lần bị từ chối bởi thiên nhiên, nơi một đầu đọc tuyên bố rằng cô lập một ổn định, hai chiều vật liệu là "không thể", và khác nói rằng nó đã không "một khoa học tiến." Tuy nhiên, vào tháng 10, năm 2004, giấy, "Điện trường có hiệu lực trong Atomically mỏng Carbon phim," đã được xuất bản trong khoa học, và nó ngạc nhiên các nhà khoa học. "Đó là nếu như khoa học viễn tưởng đã trở thành thực tế," Youngjoon Gil, phó chủ tịch điều hành của Samsung nâng cao viện công nghệ, nói với tôi.Phòng thí nghiệm trên toàn thế giới đã bắt đầu nghiên cứu bằng cách sử dụng của Geim băng dính kỹ thuật, và các nhà nghiên cứu xác định tài sản khác của graphene. Mặc dù nó đã là các vật liệu mỏng nhất trong vũ trụ được biết đến, đó là một trăm và năm mươi lần mạnh mẽ hơn so với một trọng lượng tương đương của thép-thực sự, các vật liệu mạnh nhất từng đo. Nó là như mềm dẻo như cao su và có thể kéo dài đến một trăm hai mươi phần trăm của chiều dài của nó. Các nghiên cứu của Philip Kim, sau đó tại Đại học Columbia, xác định rằng graphen hơn điện dẫn hơn trước đó hiển thị. Kim đình chỉ graphen trong chân không, nơi không có tài liệu khác có thể làm chậm sự chuyển động của hạt hạ nguyên tử của nó, và cho thấy rằng nó đã có một "di động" — tốc độ mà tại đó một khoản phí điện chảy qua một chất bán dẫn-lên đến hai trăm năm mươi lần và đó Silicon.Trong năm 2010, sáu năm sau khi Geim và Novoselov xuất bản giấy của họ, họ đã được trao giải Nobel vật lý. Sau đó, các phương tiện truyền thông đã kêu gọi graphen "một tự hỏi liệu," một chất đó, như là người giám hộ đặt nó, "có thể thay đổi thế giới." Các nhà nghiên cứu học tập trong vật lý, kỹ thuật điện, y học, hóa học, và các lĩnh vực khác đổ xô đến graphen, như đã làm các nhà khoa học tại công ty thiết bị điện tử hàng đầu. Văn phòng bất động sản sở hữu trí tuệ của Vương Quốc Anh mới công bố một báo cáo chi tiết sự gia tăng trên toàn cầu của graphene liên quan đến bằng sáng chế, từ 3,018 trong năm 2011 để 8,416 vào đầu năm 2013. Các bằng sáng chế đề nghị một mảng rộng các ứng dụng: siêu dài cuộc sống pin, màn hình máy tính bendable, mặn của nước, cải thiện năng lượng mặt trời tế bào, microcomputers siêu nhanh. Ở Geim và Novoselov của học nhà, đại học Manchester, chính phủ Anh đầu tư sáu mươi triệu đô la để giúp tạo ra graphen viện quốc gia, trong một nỗ lực để làm cho Vương Quốc Anh cạnh tranh với chủ sở hữu bằng sáng chế hàng đầu của thế giới: Hàn Quốc, Trung Quốc, và Hoa Kỳ, tất cả đều đã nhập cuộc đua để tìm việc sử dụng đầu tiên thế giới thay đổi cho graphene.Sự tiến bộ của một công nghệ từ thời điểm này của khám phá để biến đổi sản phẩm là chậm và vòng vo; sự đồng thuận giữa các nhà khoa học là nó phải mất nhiều thập kỷ, ngay cả khi những thứ đi tốt. Paul Lauterbur và Peter Mansfield chia sẻ giải Nobel cho việc phát triển MRI, năm 1973 — gần ba mươi năm sau khi các nhà khoa học đầu tiên hiểu phản ứng vật lý mà cho phép máy tính để làm việc. Hơn một thế kỷ trôi qua giữa thời điểm khi nhà hóa học người Thụy Điển Jöns Jakob Berzelius tinh khiết silic, năm 1824, và sự ra đời của công nghệ bán dẫn.Những khám phá mới phải đối mặt với những thách thức ghê gớm trên thị trường. Họ phải rõ ràng rẻ hơn hoặc tốt hơn so với sản phẩm đã để bán, và họ phải được thuận lợi để sản xuất trên quy mô thương mại. Nếu một vật liệu đến, như graphen, như là một phát hiện ra serendipitous, với không có ứng dụng nhắm mục tiêu, đó là một rào cản: Các giới hạn của trí tưởng tượng. Bây giờ mà chúng tôi đã có các công cụ này, chúng tôi làm gì với nó?Aluminum, discovered in minute quantities in a lab in the eighteen-twenties, was hailed as a wonder substance, with qualities never before seen in a metal: it was lightweight, shiny, resistant to rust, and highly conductive. It could be derived from clay (at first, it was called “silver from clay”), and the idea that a valuable substance was produced from a common one lent it a quality of alchemy. In the eighteen-fifties, a French chemist devised a method for making a few grams at a time, and aluminum was quickly adopted for use in expensive jewelry. Three decades later, a new process, using electricity, allowed industrial production, and the price plummeted.“People said, ‘Wow! We’ve got this silver from clay, and now it’s really cheap and we can use it for anything,’ ” Robert Friedel, a historian of technology at the University of Maryland, told me. But the enthusiasm soon cooled: “They couldn’t figure out what to use it for.” In 1900, the Sears and Roebuck catalogue advertised aluminum pots and pans, Friedel notes, “but you can’t find any of what we’d call ‘technical’ uses.” Not until after the First World War did aluminum find its transformative use. “The killer app is the airplane, which didn’t even exist when they were going all gung ho and gaga over this stuff.”Some highly touted discoveries fizzle altogether. In 1986, the I.B.M. researchers Georg Bednorz and K. Alex Müller discovered ceramics that acted as radically more practical superconductors. The next year, they won a Nobel, and an enormous wave of optimism followed. “Presidential commissions were thrown together to try to put the U.S. out in the lead,” Cyrus Mody, a history-of-science professor at Rice University, in Houston, says. “People were talking about floating trains and infinite transmission lines within the next couple of years.” But, in three decades of struggle, almost no one has managed to turn the brittle ceramics into a substance tha

Kết quả (Việt) 2:

Dày một nguyên tử, graphene là vật liệu mỏng nhất được biết đến và có thể là strongest.CREDITILLUSTRATION BY CHAD HAGEN
Cho đến Andre Geim, một giáo sư vật lý tại Đại học Manchester, đã phát hiện ra một loại vật liệu mới khác thường gọi là graphene, ông được biết đến tốt nhất cho một thí nghiệm trong đó ông đã sử dụng nam châm điện để nâng một con ếch. Geim, sinh năm 1958 ở Liên Xô, là một rực rỡ học-như là một học sinh trung học, ông đã giành được một đối thủ cạnh tranh bằng cách ghi nhớ một ngàn trang điển nhưng hóa ông cũng có một vệt hài hước không chính thống. Ông đã xuất bản các thí nghiệm ếch trong tạp chí European Journal of Physics, dưới tiêu đề "Of bay Ếch và Levitrons", và vào năm 2000 nó đã giành được giải thưởng Nobel Ig, một giải thưởng hàng năm cho các thí nghiệm ngớ ngẩn nhất. Đồng nghiệp giục Geim để chuyển danh dự xuống, nhưng ông từ chối. Ông đã thấy sự bay lên của con ếch như một phần không thể thiếu trong phong cách của mình, một sự chấp nhận suy nghĩ bên đó có thể dẫn đến những khám phá quan trọng. Không lâu sau đó, ông bắt đầu lưu trữ "phiên Friday" cho học sinh của mình: dạng tự do, end-of-the-tuần thí nghiệm, đôi khi do một vài loại bia. "Các phiên thứ Sáu ám chỉ cái gì mà bạn không trả tiền và không nên làm trong cuộc sống chuyên nghiệp của bạn," Geim nói với tôi gần đây. "Nghiên cứu của Curiosity-driven. Một cái gì đó ngẫu nhiên, đơn giản, có thể là một chút lạ, thậm chí vô lý. "Ông nói thêm," Nếu không có nó, không có phát hiện.
"Vào một buổi tối như vậy, vào mùa thu năm 2002, Geim đã suy nghĩ về việc cacbon. Ông chuyên về vật liệu cực mỏng, và anh tự hỏi làm thế nào rất lớp mỏng carbon có thể cư xử theo điều kiện thí nghiệm nhất định. Graphite, trong đó bao gồm các chồng sách lớp carbon dày một nguyên tử, là một vật liệu rõ ràng để làm việc, nhưng các phương pháp tiêu chuẩn để cô lập các mẫu superthin sẽ quá nóng của các tài liệu, phá hủy nó. Vì vậy, Geim đã thiết lập một trong những tiến sĩ mới của mình sinh viên, Đà Giang, nhiệm vụ cố gắng để có được như một mẫu mỏng càng tốt, có lẽ một vài trăm nguyên tử lớp-bằng cách đánh bóng một graphite tinh one-inch. Vài tuần sau đó, Giang giao một hạt carbon trong đĩa petri. Sau khi nhìn dưới kính hiển vi, Geim nhớ lại, ông hỏi anh ta để thử lại; Giang thừa nhận rằng đây là tất cả những gì còn lại của tinh thể. Như Geim trêu khuyên nhủ anh ta ("Bạn đánh bóng một ngọn núi để có được một hạt cát?"), Một nghiên cứu sinh cao cấp của ông liếc nhìn một bóng của băng dính được sử dụng trong các thùng rác, bên dính của nó được phủ một, bộ phim hơi sáng bóng màu xám của graphite dư lượng.
Nó đã có một cảnh tượng quen thuộc trong phòng thí nghiệm trên thế giới, nơi mà các nhà nghiên cứu thường xuyên sử dụng băng để kiểm tra các đặc tính kết dính của mẫu thử nghiệm. Các lớp carbon tạo nên graphite được yếu ngoại quan (vì thế nó được thông qua, năm 1564, cho bút chì, mà đổ một dấu vết có thể nhìn thấy khi kéo lê trên giấy), do đó loại bỏ mảnh băng của nó dễ dàng. Geim đặt một miếng băng dưới kính hiển vi và phát hiện ra rằng các lớp graphite là mỏng hơn so với bất kỳ những người khác anh đã nhìn thấy. By gấp băng, ép dư lượng với nhau và kéo nó ra, ông đã có thể bóc vảy xuống lớp vẫn mỏng hơn.
Geim đã phân lập được các tài liệu hai chiều đầu tiên từng được phát hiện: một lớp dày một nguyên tử carbon, trong đó xuất hiện, dưới kính hiển vi nguyên tử, như một lưới phẳng của hình lục giác liên kết trong một mô hình tổ ong. Vật lý lý thuyết đã dự đoán về một chất như thế, gọi đó là "graphene", nhưng đã giả định rằng một lớp đơn nguyên tử không thể thu được ở nhiệt độ phòng, mà nó sẽ kéo ra thành những quả bóng nhỏ. Thay vào đó, Geim thấy, graphene vẫn trong một mặt phẳng, phát triển gợn sóng như các vật liệu ổn định.
Geim tranh thủ được sự giúp đỡ của một tiến sĩ học sinh có tên Konstantin Novoselov, và họ bắt đầu làm việc ngày mười bốn giờ học graphene. Trong hai năm tới, họ đã thiết kế một loạt thí nghiệm đã phát hiện đặc tính đáng ngạc nhiên của vật liệu. Do có cấu trúc độc đáo của nó, các electron có thể chảy qua các mạng không bị cản trở bởi các lớp khác, di chuyển với tốc độ phi thường và tự do. Nó có thể mang nhiều hơn một ngàn lần điện hơn đồng. Trong những gì Geim sau này gọi là "thời khắc eureka đầu tiên," họ đã chứng minh rằng graphene có một phát âm là "hiệu ứng trường," phản ứng mà một số tài liệu cho thấy khi được đặt gần một điện trường, cho phép các nhà khoa học để kiểm soát độ dẫn. Một hiệu ứng trường là một trong những đặc điểm xác định của silicon, được sử dụng trong các chip máy tính, mà cho rằng graphene có thể phục vụ như là một thay thế-một cái gì đó mà các nhà sản xuất máy tính đã được tìm kiếm trong nhiều năm qua.
Geim và Novoselov đã viết một bài báo ba trang mô tả những khám phá của họ. Nó đã hai lần bị từ chối bởi Nature, nơi mà một người đọc cho rằng cách cô lập, liệu hai chiều ổn định là "không thể", và một người khác nói rằng đó không phải là "một tiến bộ khoa học đủ." Nhưng, trong tháng Mười, 2004, tờ báo, " Điện trường Effect trong nguyên tử mỏng Carbon Films, "đã được công bố trên Science, và nó đã làm bất ngờ các nhà khoa học. "Đó là, nếu như khoa học viễn tưởng đã trở thành hiện thực," Youngjoon Gil, các phó chủ tịch của Advanced Institute of Technology Samsung, nói với tôi.
Labs trên toàn thế giới đã bắt đầu nghiên cứu sử dụng kỹ thuật Scotch-băng Geim, và các nhà nghiên cứu xác định các tài sản khác của graphene. Mặc dù nó là vật liệu mỏng nhất trong vũ trụ được biết đến, đó là mạnh mẽ hơn nhiều so với một trọng lượng tương đương với thép thực sự, chất liệu bền nhất từng đo được một trăm năm mươi lần. Cứ như mềm dẻo như cao su và có thể kéo dài đến một trăm hai mươi phần trăm của chiều dài của nó. Nghiên cứu của Philip Kim, sau đó tại Đại học Columbia, xác định graphene mà thậm chí điện nhiều dẫn hơn thể hiện trước đó. Kim treo graphene trong chân không, mà không có tài liệu nào khác có thể làm chậm sự chuyển động của các hạt hạ nguyên tử của nó, và cho thấy rằng nó đã có một "di động" -the tốc độ mà tại đó một điện chảy qua một chất bán dẫn lên đến hai trăm năm mươi lần mà của silicon.
Trong năm 2010, sáu năm sau khi Geim và Novoselov công bố bài báo của họ, họ đã được trao giải Nobel Vật lý. Đến lúc đó, các phương tiện truyền thông đã gọi graphene ", một vật liệu kỳ diệu," một chất, như Guardian đặt nó, "có thể thay đổi thế giới." Các nhà nghiên cứu học thuật trong vật lý, kỹ thuật điện, y học, hóa học, và các lĩnh vực khác đổ về graphene, như các nhà khoa học tại các công ty điện tử hàng đầu đã làm. Anh Văn phòng Sở hữu trí tuệ vừa công bố một báo cáo chi tiết việc phổ biến trên toàn thế giới của các bằng sáng chế liên quan đến graphene, từ 3,018 năm 2011 lên 8416 vào đầu năm 2013. Các bằng sáng chế cho một mảng rộng các ứng dụng: Pin kéo dài cuộc sống cực, màn hình máy tính uốn cong , khử muối nước, pin mặt trời được cải thiện, máy vi tính siêu nhanh. Tại Geim và Novoselov của nhà khoa học, các trường Đại học Manchester, chính phủ Anh đã đầu tư sáu mươi triệu đô la để giúp tạo ra các Viện Graphene Quốc, trong một nỗ lực để làm cho Vương quốc Anh cạnh tranh với các chủ sở hữu bằng sáng chế hàng đầu thế giới: Hàn Quốc, Trung Quốc và Hoa Kỳ ., tất cả đều đã bước vào cuộc đua tìm việc sử dụng thay đổi thế giới đầu tiên cho graphene
Sự tiến bộ của một công nghệ từ thời điểm phát hiện đến sản phẩm biến đổi chậm và uốn khúc; sự đồng thuận giữa các nhà khoa học là phải mất nhiều thập kỷ, thậm chí khi mọi việc diễn ra tốt đẹp. Paul Lauterbur và Peter Mansfield chia sẻ giải Nobel cho phát triển MRI, trong năm 1973, gần ba mươi năm sau khi các nhà khoa học lần đầu tiên hiểu được phản ứng vật lý cho phép các máy tính để làm việc. Hơn một thế kỷ qua giữa thời điểm khi các nhà hóa học Thụy Điển Jöns Jakob Berzelius silicon tinh khiết, trong năm 1824, và sự ra đời của ngành công nghiệp bán dẫn.
Những phát hiện mới đối mặt với những thách thức đáng gờm trên thị trường. Họ phải là dễ thấy rẻ hơn hoặc tốt hơn so với các sản phẩm đã được bán, và họ phải có lợi cho sản xuất trên quy mô thương mại. Nếu một vật liệu đến, giống như graphene, là một phát hiện tình cờ, không có ứng dụng có mục tiêu, có một rào cản: các giới hạn của trí tưởng tượng. Bây giờ chúng ta đã có công cụ này, chúng ta làm gì với nó
nhôm, được phát hiện với số lượng phút trong một phòng thí nghiệm ở mười tám tuổi hai mươi, đã được ca ngợi là một chất lạ, với những phẩm chất không bao giờ thấy trước đây trong một kim loại: đó là trọng lượng nhẹ , sáng bóng, chống gỉ sét, và dẫn điện cao. Nó có thể được bắt nguồn từ đất sét (lúc đầu, nó được gọi là "bạc từ đất sét"), và ý tưởng rằng một chất có giá trị đã được sản xuất từ một trong những phổ biến cho mượn nó một chất lượng của thuật giả kim. Trong mười tám mươi, một nhà hóa học người Pháp đã phát minh ra một phương pháp để làm một vài gram tại một thời điểm, và nhôm đã nhanh chóng được chấp nhận để sử dụng trong trang sức đắt tiền. Ba thập kỷ sau đó, một quá trình mới, sử dụng điện, cho phép sản xuất công nghiệp, và giá giảm mạnh.
"Mọi người nói, 'Wow! Chúng tôi đã có bạc này từ đất sét, và bây giờ nó thực sự rẻ và chúng tôi có thể sử dụng nó cho bất cứ điều gì, "Robert Friedel, một sử gia về công nghệ tại Đại học Maryland, nói với tôi. Nhưng sự nhiệt tình sớm làm lạnh: ". Họ không thể hình dung ra những gì để sử dụng nó cho" Năm 1900, Sears Roebuck và Danh mục quảng cáo chậu nhôm và chảo, ghi chú Friedel, "nhưng bạn không thể tìm thấy bất kỳ những gì chúng ta muốn gọi sử dụng 'kỹ thuật'. "Không phải cho đến sau chiến tranh thế giới thứ nhất đã làm nhôm thấy sử dụng biến đổi của nó. "Các ứng dụng sát thủ là máy bay, mà thậm chí không tồn tại khi họ đã đi tất cả gung ho và gaga qua công cụ này."
Một số khám phá chào hàng xì hơi hoàn toàn. Năm 1986, các nhà nghiên cứu IBM Johannes Georg Bednorz và K. Alex Müller phát hiện ra rằng hành động gốm siêu dẫn như triệt thực tế hơn. Các năm tiếp theo, họ đã giành giải Nobel, và một làn sóng khổng lồ của sự lạc quan sau. "Hoa hồng Presidential được ném với nhau để cố gắng đưa Hoa Kỳ ra dẫn trước," Cyrus Mody, một giáo sư lịch sử-of-khoa học tại Đại học Rice ở Houston, nói. "Mọi người đã nói về nổi lửa và đường dây truyền tải vô hạn trong vài năm tới." Tuy nhiên, trong ba thập kỷ của cuộc đấu tranh, hầu như không ai quản lý để biến các đồ gốm giòn vào một tha chất