安德烈·海姆

约旦沙漠里的一堆篝火边，一群人玩「吹牛大王」：每人说几件关于自己的事，别人猜哪件是假的。安德烈·海姆说：我得过搞笑诺贝尔奖；我在北极圈以北当过瓦工；我三十二岁才第一次被人叫作「俄国人」；我大学学的是洲际弹道导弹；我认识戈尔巴乔夫。

大家只信了最后一句。而那是唯一的假话——戈尔巴乔夫他只在电视上见过。

这个人的职业生涯大致就是这样：真的事情听起来都像编的。他让一只活青蛙在磁场里飘了起来，把自己的仓鼠署名成论文合作者，又用一卷透明胶带从铅笔芯的原料里撕出了只有一个原子厚的碳——前一件让他拿了搞笑诺贝尔奖，最后一件让他拿了真的诺贝尔奖，中间隔了十年。

护照上的第五栏

1958 年海姆生在索契，头几年是在外祖母工作的气象站旁边的海滩上长大的。七岁时去了北高加索的纳尔奇克，父母都在那里一家大型真空电子厂做工程师。

苏联护照有一栏叫「第五栏：民族」，他的那一栏写着「德意志人」——父亲出身伏尔加德意志人。家里人从没跟他细说过这意味着什么。直到 1980 年代末他才知道，家里几乎每个人都在古拉格待过很多年：父亲二战时因德裔身份被发配西伯利亚；外祖父、哈尔科夫大学的航测教授尼古拉·拜尔被控向日本泄密，关在沃尔库塔附近的营地里，1953 年斯大林死后才放出来。

「那他就不是真德国人」

16 岁他拿金质奖章中学毕业，第一次考莫斯科工程物理学院落榜。在父母的工厂当了一年计量技术员，第二年再考，口试那间屋子里二十来个考生，名字不是像犹太人就是像外国人。只有他拿到「及格」，其余全挂。他后来写：「很明显，那里有一条让某些少数民族落榜的政策。」

一周后他去考莫斯科物理技术学院——卡皮察、朗道那一代人办起来的学校。面试委员里有人提起他的「德意志人」，另一位委员、后来以「甘特马赫尔效应」留名的谢瓦·甘特马赫尔马上插了一句：「那他就不是真德国人。」

他本想学天体物理，说自己想研究中子星。甘特马赫尔回答：「好啊，那你可以来我们所研究高压物理。」海姆说，这句话把他此后的整个人生都放到了固体物理这条路上。

鞋带与封蜡

他在切尔诺戈洛夫卡的固体物理研究所读博，导师是维克托·彼得拉绍夫，课题是超纯金属球里的一种电磁波。回头看，他说那五年「就我做的科学而言，平淡得出奇」。

但他从彼得拉绍夫那里学到了一门手艺：用一根鞋带、一块封蜡就能做出惊人的实验。他说这段经历在他后来的研究里起了关键作用，「包括石墨烯的故事」。宿舍里的室友谢尔盖·杜博诺斯，后来成了他最常合作的器件工艺师，也是 2004 年那篇论文的作者之一；他的妻子伊琳娜·格里戈里耶娃，也是在隔壁研究所认识的。

三十三岁，h 指数是 1

1990 年他拿到英国皇家学会六个月的访问资助，去了诺丁汉。东道主给他一批已经被他们「榨干」的砷化镓样品，在他眼里却是一条金矿脉：他每周干一百个小时，挖出了两篇《物理评论快报》。后来他常拿一句话「逗」年轻同事——「没有坏样品，只有坏博士后。」

「就这样，我在三十三岁、h 指数为 1 的时候进了西方的博士后市场。」他在诺丁汉、哥本哈根、巴斯之间辗转了几年，1994 年才在荷兰奈梅亨大学拿到一个副教授位置。没有启动经费，好处是隔壁有强磁场实验室。

星期五晚上的水

奈梅亨那台电磁铁能开到 20 特斯拉，但电费贵得吓人，只能在夜里电价便宜时开几个钟头。它比超导磁体唯一的优势是孔径里是室温，于是海姆想找点「室温下的强场现象」，好对得起这台机器。

他想起「磁化水」的传说——有人在热水管上套块磁铁，说能防水垢。如果真有这种效应，在 20 特斯拉下应该比在普通磁铁的 0.1 特斯拉下明显得多。他在演讲里写：「带着这个念头，而且据说是在一个星期五晚上，我把水倒进了开到最大功率的电磁铁里。」

水没有洒到地上。它卡在竖直的孔径里，成了一团悬浮的水球。

道理是抗磁性：水被磁场轻轻推开，磁化率只有约 $10^{-5}$，比铁弱几十亿倍，可在足够强、变化足够陡的磁场里，这点推力就托得住重力。不少同事听说后目瞪口呆，有人坚持说这是个恶作剧。接着飘起来的是一只活青蛙。这张照片后来上了教科书，有人在会上拦住他说：「我讲课第一件事就是放你那只青蛙，学生总想知道它是怎么飞起来的。」

2000 年他和一起写了悬浮论文的迈克尔·贝里同获搞笑诺贝尔物理学奖。「主办方先问我们敢不敢领这个奖。我为我们的幽默感和自嘲精神感到骄傲——我们领了。」第二年他发表了一篇用抗磁悬浮检测地球自转的论文，第二作者 H. A. M. S. ter Tisha 是他养的仓鼠。

成功率超过一成

悬浮水滴之后，他开始有意识地做这类「绕道」，久而久之被叫作「周五晚间实验」。他自己说这个名字不准：一个晚上干不成任何正经事。

通常要花好几个月横向乱想、翻一堆不相干的文献，脑子里并没有清楚的想法。最后你得到的是一种感觉——而不是一个想法——觉得某个方向可能有意思。然后你试一试，通常是失败。

十五年里大约做了二十几个，大多数惨败：想用霍尔探头测单个酵母细胞的「心跳」，活着的时候什么也没测到，倒是灌了过量酒精后录到了它「最后一口气」的电压尖峰；想找一种合金里的巨抗磁性，也扑了空。命中的只有三个：悬浮、壁虎胶带、石墨烯。「这意味着一个非同寻常的成功率：超过 10%。」

壁虎胶带是 2003 年的事。壁虎脚趾上布满细毛，每根只靠纳牛量级的范德华力贴住墙面，几十亿根加起来就很可观。吸引他的是尺寸：那些毛的直径在亚微米，正是介观物理的标准尺度。他和杜博诺斯做出一平方厘米的仿制品，确实粘得住，但粘了几次就彻底失效——「仍然是一次重要的原理验证」。

演讲里有一节的标题是：宁可错，也别无聊。

从垃圾桶里捡来的胶带

2001 年他到曼彻斯特大学当教授，接手的是几间堆着旧设备的破屋子和十万英镑启动金。选曼彻斯特的决定性原因是妻子格里戈里耶娃可以同时应聘讲师——在荷兰待了六年，他连「夫妻可以正式在一起工作」这个念头都没有过。在奈梅亨读博的康斯坦丁·诺沃肖洛夫以研究员身份跟了过来。

他的出发点是三团模糊的想法。一是金属里的电场效应：一百年前就有人去找，可金属载流子太多，加电场只能改变百分之一左右。二是碳纳米管正热，他觉得挤不进去，要「避开那场踩踏」换个角度。三是石墨本身，有人声称它在室温下有铁磁性、超导性——「值得仔细看一看」。如果能把石墨做得足够薄，电场也许就能穿透它。

2002 年秋，曼彻斯特第一个博士生蒋达入学，英语还不太行，海姆给了他一个练手题：把石墨做得「尽可能薄」。还给错了料——本该是容易解理的高定向热解石墨，他拿成了高密度石墨。几个月后蒋达端来一个培养皿，底上有一粒约 10 微米厚的碎屑：整块石墨都被他磨没了，就剩这一粒。

海姆挖苦了几句「磨平一座山得一粒沙」，来自哈尔科夫的扫描隧道显微镜专家奥列格·什克利亚列夫斯基拿来一段粘着石墨的透明胶带——据说是从垃圾桶里捡的。隧道显微镜实验室天天用胶带撕掉石墨表层露出新鲜表面，「我们用这个办法好多年了，却从没仔细看过跟胶带一起扔掉的是什么」。胶带上的残片比蒋达的碎屑薄得多。「抛光死了，透明胶带万岁！」

诺沃肖洛夫接手。海姆拿来氧化硅片，本意是当背栅加电场，却意外发现薄片在硅片上会显出不同深浅的干涉色，厚薄一眼可辨，有些只有几纳米。几天之内诺沃肖洛夫用银漆、牙签和镊子做出了第一个器件，电阻随电场变了几个百分点。海姆说，胶带不是他的尤里卡时刻，这才是：「我脑子里咔哒一声，知道我们撞上了真正激动人心的东西。」

被拒两次的论文

之后几个月，他们学会了用光学显微镜和原子力显微镜认出最薄的片子，杜博诺斯一组用电子束光刻做正式器件，前后测了五十多个。薄片的电阻能随栅压变化约一百倍，比此前任何金属体系里那几个百分点大了上千倍。

稿子先投《自然》，被拒；按审稿人的要求补了材料再投，又被拒，一位审稿人说它「不构成足够的科学进展」。2004 年 9 月《科学》接收了它。他后来在演讲里写：刚被那些光鲜杂志拒稿的读者可以拿这个故事给自己打打气——你的论文说不定也能得奖。

真正让局面落定的是第二年。2005 年，曼彻斯特与哥伦比亚大学菲利普·金一组——站内那位施特默也在其中——各自独立测到了石墨烯里的「无质量狄拉克费米子」与错开半格的量子霍尔平台，两篇论文在《自然》上背靠背刊出。海姆说那对他个人是一道分水岭：在那之前，半导体圈里有人传「他们的结果跟舍恩的一样难重复」，朋友在走廊里拦住他说「小心点，你知道的……」；两篇并排登出来之后，这些话都停了。他不止一次说，如果能和金分享诺贝尔奖，他会感到荣幸。

谁先看见了石墨烯

2010 年 10 月，诺贝尔物理学奖授给海姆与诺沃肖洛夫，理由是「在二维材料石墨烯方面的开创性实验」。诺沃肖洛夫当时 36 岁。

一个多月后，佐治亚理工学院的沃尔特·德希尔给诺贝尔委员会写信，指出委员会发布的科学背景文件「有严重的不准确与不一致」：2004 年那篇论文里的电学测量做的是几层厚的薄膜，不是单层；1962 年伯姆就已在正规期刊上报告过独立存在的单层碳膜，「石墨烯」这个名字也是他后来起的；胶带剥离法真正写出来是在 2005 年的论文里；他自己从 2001 年起在碳化硅上外延生长石墨烯做电子学，与曼彻斯特完全独立，而后来大面积石墨烯与首批高频晶体管走的都不是胶带路线。他说背景文件「读起来像一封提名信」，并坚称这不是酸葡萄。康奈尔大学的保罗·麦克尤恩也不同意「2004 年前没人分离出来、都以为它不稳定」的说法；罗德尼·鲁夫则发现文件里一条引文漏了他在内的六位作者。

另一面，海姆说「电学测量做在少层上」这一条无关紧要，因为 2005 年他们已报告了单层的类似数据；认为石墨烯能稳定存在的只是「极少数人」，此后成千上万的研究者转行来做石墨烯，就是在用脚投票。他在诺贝尔演讲里自己把伯姆 1962 年的工作、1990 年前后别人试过的胶带剥离、碳化硅外延一一列出，承认伯姆算得上最早看到它的人，但说这些工作「都只是观察」，没有报告石墨烯任何与众不同的性质——「让研究者吃惊的不是石墨烯被看见、被分离，而是它的电子性质」。委员会主席伦德斯特伦说「有些地方我们也认为是错误」，但总体判断不变；1985 年得主冯·克利青则替委员会说话，指出那年早些时候斯德哥尔摩开过石墨烯研讨会，德希尔与金都去讲过。

11 月 29 日，委员会发布了修订版背景文件：2004 年的成就改成「分离出单层、转移到另一衬底，并在几层这样的薄片上完成了电学表征」，另加一句「2005 年 7 月他们发表了单层上的电学测量」；1960 年代以来的困难也改成「难以把单层分离到可以做电学测量的程度」；图注里的「石墨烯」改成了「少层石墨烯」。「令物理学界意外」那句保留了下来。

乐高积木与欧洲人

获奖之后他没有换方向，而是把胶带剥离推广成一整类材料：氮化硼、二硫化钼……一层原子厚的晶体越来越多。2013 年他和格里戈里耶娃在《自然》上提出「范德华异质结」——把不同的二维晶体像乐高积木一样叠起来，层与层之间只靠范德华力贴着，拼出自然界没有的材料。这和当年壁虎脚底那股力，是同一种力。

诺奖揭晓后，报纸争论这到底算英国的、荷兰的、俄国的、德国的还是犹太人的奖。「在我看来这些争论很傻。」他在自传里写：

我在好几个欧洲国家生活、工作过，我认为自己是欧洲人，不觉得还需要什么更细的分类——尤其在科学这样一个流动的世界里。