纳米人编辑部对全球重要科研团队年代表性成果进行了梳理，今天，我们要介绍的是石墨烯之父、诺贝尔物理学奖得主、搞笑诺贝尔奖得主、中国科学院外籍院士、美国国家科学院外籍院士、曼彻斯特大学AndreGeim教授课题组。

AndreGeim教授长期从事二维原子晶体材料的研究，因为在石墨烯方面的开创性工作而荣获年诺贝尔物理学奖，被誉为石墨烯之父。AndreGeim教授有30篇论文被引次数超过次，6篇论文被引次数超过0次。在人类历史上被引次数最多的篇研究论文中，有两篇来自AndreGeim教授课题组。

值得一提的是，AndreGeim教授33岁的时候，H因子还只有1。有一次，他不小心把水洒到具有超强磁场的仪器中，意外发现了反磁悬浮技术，由此获得年搞笑诺贝尔奖，成为了唯一一个既获得诺贝尔奖又获得搞笑诺贝尔奖的人。此外，他还受到壁虎的启发，发明了一种仿生壁虎胶带，具有极强的黏性。

AndreGeim教授对中国石墨烯等二维原子晶体材料领域的发展和人才培养做出了重要贡献。年获得中国科学院“爱因斯坦讲席教授”，年与清华大学清华-伯克利深圳学院联合成立“深圳盖姆石墨烯研究中心”并担任主任。AndreGeim教授也很重视与中国石墨烯产业界的合作，积极推动了中国石墨烯的产业化应用进程。

AndreGeim教授课题组部分代表性研究成果包括但不限于：

由于AndreGeim教授成果颇丰，在诸多领域均有重要成果，此处仅列举其中几种，欢迎大家留言补充。

1）世界首次剥离出石墨烯，并对其电学、光学性质等进行了开创性研究，发现了石墨烯中的载流子表现出二维狄拉克费米子特性，具有半整数量子霍尔效应、室温量子霍尔效应等一系列新奇物理现象，获得诺贝尔物理学奖。

2）开创了其他二维原子晶体的研究，开辟了二维原子晶体研究领域，引领和带动了世界范围内对二维原子晶体的研究，并引领探索了二维原子晶体在分子、离子、质子、同位素分离等领域的应用。

3）开创了基于二维原子晶体的范德瓦尔斯异质结构材料新方向。

此外，AndreGeim教授课题组在石墨烯为代表的各种二维原子晶体相关领域进行了大量科学探索、深度创新和产业化推动。因篇幅原因，此处不做详细介绍。

有鉴于此，纳米人编辑部简要总结了AndreGeim教授课题组年部分重要研究成果，供大家交流学习。

1）由于相关论文数量较多，本文仅限于通讯作者论文，如有重要遗漏，欢迎留言补充。

2）由于学术水平有限，所选文章及其表述如有不当，敬请批评指正。

3）由于篇幅限制，部分成果未详细解读，仅以发表截图展示。

顶级科学家似乎都更喜欢做开山式的原创工作。这一年，AndreGeim教授作为通讯作者发表的论文不多（因学识有限，如有遗漏，请大家留言告知），但是份量都很重。

年，AndreGeim教授主要集中于石墨烯等二维原子晶体领域的研究，为石墨烯等二维材料的发展提供了许多新的方向，取得的成果包括但不限于：

1）在石墨烯领域，主要致力于原子限域、气体透过性和光学、电学性质和凝聚态物理等领域的研究。

2）在非石墨烯二维材料领域，主要致力于磁学性质和凝聚态物理等方面的研究。

其中，年最具代表性的成果包括但不限于：

1）发现原子限域毛细凝聚新现象，将开尔文方程的适用性拓展到亚纳米尺度，是其开创的原子限域研究体系中一个新的里程碑。

2）证实了无缺陷单层石墨烯对气体确实不具有透过性，并拓展了无缺陷石墨烯对气体不可透过性的极限。

本文主要篇幅将分为以下两个方面展开：

PartⅠ代表性成果

PartⅡ二维原子晶体

年代表性成果1

发现原子限域毛细凝聚新现象

年前，开尔文方程从理论上描述了毛细管内弯曲的液气界面引起的蒸气压变化。那么，当限域尺寸与水分子的大小相当时，开尔文方程还能使用吗？年，AndreGeim教授和中科大王奉超教授等人发现了原子限域毛细凝聚理论的新现象，将开尔文方程的适用性拓展到亚纳米尺度。（技术详情参见本文正文）

年代表性成果2

证实无缺陷单层石墨烯对气体的不可透过性

石墨烯对气体到底是不是真的不可透过？其极限到底是多少？机理如何？年，AndreGeim教授团队通过实验进一步证实了无缺陷石墨烯对气体的的不可透过性，并拓展了气体不可透过性的极限，揭示了氢气在石墨烯中的异常透过性机理。（技术详情参见本文正文）

PartⅡ二维原子晶体

二维原子晶体是AndreGeim教授的核心研究领域，年，AndreGeim教授的研究还是聚焦于石墨烯。具体内容如下：

1.Nature：原子尺度限域环境下的毛细凝聚现象

年，英国科学家威廉·汤姆森提出开尔文方程，从理论上描述了毛细管内弯曲的液气界面引起的蒸气压变化。大量理论和实践证明，开尔文方程对直径小至几纳米的纳米液体都适用。然而，对于尺寸更小的极端限域的环境湿度下，当限域尺寸与水分子的大小相当时，开尔文方程还能使用吗？诺贝尔物理学奖得主AndreGeim教授长期致力于基于石墨烯的纳米限域流体研究。有鉴于此，AndreGeim教授和中科大王奉超教授等人合作，进一步揭示了纳米限域毛细凝聚理论的新进展。

基于晶态二维材料的范德华作用，研究人员成功构筑了原子尺度的毛细通道，最下尺度达到0.4nm，水分子只能以单层形式存在。基于这样的原子尺度限域通道，研究人员令人惊讶的发现，开尔文方程依然能够适用于强亲水性（云母）毛细管中的缩合转变，并且在弱亲水性（石墨）毛细管仍然有效（从定性角度）。这项工作为深入理解毛细效应和原子尺度限域行为提供了新的见解，并使得具有年历史的开尔文方程的适用性得到进一步拓展。（来源：中科大新闻网）

QianYangetal.Capillarycondensationunderatomic-scaleconfinement.Nature,.

DOI：10./s---1

2.Nature：石墨烯对气体的透过性！

以单层石墨烯为代表的无缺陷二维材料，虽然只有一个原子层的厚度，却被认为不具有气体和液体透过性。

从理论上而言：DFT计算表明，单层石墨烯对原子和分子的透过性具有非常高的能垒，至少几个电子伏。因此，在常规条件下任何气体都不能透过无缺陷的单层石墨烯。在室温下，一个原子想要透过一张没有缺陷的膜，其花费的时间将比宇宙的历史还要漫长。

从实验上而言：以机械剥离的石墨烯为例，在氧化硅晶圆上刻蚀的微米级孔，并用石墨烯密封，以研究气体的透过性。结果表明，没有发现任何气体透过的现象，检测灵敏度达到-个原子/秒。

那么，石墨烯对气体到底是不是真的不可透过？其极限到底是多少？机理如何？有鉴于此，A.K.Geim教授团队进一步通过实验证实了无缺陷石墨烯的不可透过性，拓展了不可透过性的极限，并揭示了氢气在石墨烯中的异常透过性机理。

研究人员使用无缺陷的单层石墨烯密封的小型单晶容器为实验装置，研究表明，无缺陷的石墨烯对气体确实具有不可透过性，其检测精度比之前的实验提高了8-9个数量级。

研究指出，虽然没有直接的证据，但是作者能够判别，在这样超高的检出限条件下，每小时只有几个氦原子能够透过。对几乎所有其他气体（氖气，氮气，氧气，氩气，和氙气），这一行为均表现一致，只有氢气除外。

即使氢分子比氦大，应该经历更高的能垒，但是氢却表现出更加明显的透过性。这一异常结果主要归以为以下机理：

1）氢气分子具有催化活性的石墨烯波纹处发生解离；

2）被吸附的氢原子以较低活化能翻转到石墨烯片的另一侧。研究指出，这一活化能大概1.0eV左右，接近质子传递所需要的能量。

总之，这项研究从基础的角度出发，为二维材料的不可透过性提供了重要思考，也为石墨烯的研究指明了新的方向。

P.Z.Sunetal.Limitsongasimpermeabilityofgraphene.Nature.

DOI：10./s---x

3.Nat.Commun.：单层石墨烯中的电子散射控制

电子之间的相互作用是凝固态物理中重要的作用，通过改变电子之间的相互作用强度调控电子之间相互作用，一种研究通过研究金属体系中的相互作用实现，实现了抑制电子之间相互作用。曼彻斯特大学A.K.Geim、M.Polini等通过原子层厚度的门栅极电介质和原子层厚度的金属栅级，对石墨烯中电子之间的散射长度进行测试，对这种相互作用进行定量描述。

当栅极电介质的厚度为几个nm时会引起显著的变化，这个距离低于典型的电子之间距离。通过理论计算结果对该过程进行计算，结果验证了实验中的结果。该结果有助于理解其他二维材料系统中的多体研究。单层石墨烯中的电子之间散射在和金属栅极之间的距离＜1nm时发生明显的抑制作用，这种近门区域能通过范德瓦尔斯作用的组装体系实现。

M.Kim,etal.Controlofelectron-electroninteractioningraphenebyproximityscreenings，Nat.Commun.,,11，

DOI：10./s---1

4.ACSNano：缺陷石墨烯中质子和锂离子的渗透性

无缺陷石墨烯对气体和液体具有不可透过性，但对质子却具有高度可透过性。原子尺度的缺陷，如空位、晶界和StoneWales缺陷，有可能会增强石墨烯的质子透过性，甚至可能允许小离子通过，而气体分子等较大的物种则会被阻挡。至今为止，这些理论预测仍未在实验中得到验证。有鉴于此，英国曼彻斯特大学A.K.Geim、MarceloLozada-Hidalgo团队对此进行了研究。

研究表明，具有高密度原子级缺陷的原子级厚度碳薄膜对所有分子都不具有透过性，但是其质子渗透性却比无缺陷石墨烯的高倍，锂离子也可以透过这种无序的石墨烯。质子和离子透过性得到大幅增强的原因，可能是因为八个碳原子环比石墨烯的六原子环对入射质子的能垒大约低两倍，对锂离子的能垒也相对较低。这项研究为无序石墨烯在基于锂和氢能源技术中的应用，提供了新的借鉴

EoinGriffin,etal.ProtonandLi-IonPermeationthroughGraphenewithEight-Atom-RingDefects.ACSNano,.

DOI：10./acsnano.0c

5.Nat.Commun.:石墨烯超晶格中布朗-扎克费米子的长程弹道输运

在量子化磁场中，石墨烯超晶格表现出复杂的分形光谱，通常被称为霍夫斯塔特蝴蝶，可以被视为朗道能级的集合。朗道能级是由布朗-扎克(Brown-Zak)微带的量子化产生的，量子化在每个超晶格单元的磁通量量子的有理(p/q)分数处重复出现。有鉴于此，英国曼彻斯特大学A.K.Geim、A.I.Berdyugin团队报道了石墨烯超晶格中布朗-扎克费米子的长程弹道输运研究。

在氮化硼-石墨烯超晶格中，布朗-扎克费米子可以表现出高达cm2V-1s-1的迁移率和超过几微米的平均自由程。所设计器件的出色性能能够证明布朗-扎克微带是4q倍简并的，且所有简并(自旋、谷和微谷)都可以通过低于1K的交换相互作用来提升。作者还发现，对于相距几微米的电探针，在1/q分数处存在负弯曲电阻。后续的实验观察突出了这样一个事实，即布朗-扎克费米子是沿着直线轨迹，在高场中传播的布洛赫准粒子，就像零场中的电子一样。

JulienBarrier,etal.Long-rangeballistictransportofBrown-Zakfermionsingraphenesuperlattices.NatureCommunications,,11:.

DOI：10./s---0

6.Nat.Commun.:通过邻近筛选控制石墨烯中的电子-电子相互作用

电子-电子相互作用在许多凝聚态现象中起着至关重要的作用，通过改变相互作用的强度来控制它们是很有吸引力的。一种可能的方法是将所研究的系统放在金属附近，这种方法会引起额外的屏蔽，从而抑制电子相互作用。在这里，英国曼彻斯特大学A.K.Geim、M.Polini等人通过邻近筛选控制石墨烯中的电子-电子相互作用。

作者使用原子级薄栅极电介质和原子级平金属栅极的器件，测量了石墨烯中的电子散射长度，并报告了与标准行为的定性偏差。屏蔽引起的变化仅在栅极电介质厚度为几纳米时才变得重要，这比典型的电子间距小得多。作者的理论分析与从单层石墨烯中的电子粘度和石墨烯超晶格中的交互电子-电子散射的测量中提取的散射率非常一致。该研究结果为将来在二维系统中实现多体现象的邻近筛选提供了指导。

M.Kim,etal.Controlofelectron-electroninteractioningraphenebyproximityscreening.NatureCommunications,,11:.

DOI：10./s---1

7.Nat.Commun.:二维材料分散液的巨磁致双折射效应及磁控变色

调整透射干涉色，是科学家操纵光的长期追求。实现这一目标的方法包括材料手性、应变和电场控制。通过磁场进行颜色控制具有无接触、无创和无能量的优点，但由于传统透明介质中微弱的磁致双折射，仍然难以实现。有鉴于此，清华-伯克利深圳学院刘碧录、成会明团队与英国曼彻斯特大学A.K.Geim团队合作，证明了磁性二维晶体的透明悬浮液中异常大的磁双折射效应。

研究人员提出了一种基于宽带隙磁性二维材料的双折射液体的制备方法，所制备的掺钴二维钛氧化物晶体分散液呈现了巨磁致双折射效应，其磁光克顿-穆顿系数达T-2m-1，高出传统双折射液体近两个量级。研究人员从理论上阐释了可调制透明干涉色出现的光学基础，在于双折射液体对偏振光的相位差调制需达到3π以上。本研究中的二维晶体分散液因同时具有高透光率及巨磁致双折射效应，故而在较低磁场下（0.8t），实现了对偏振光的大相位调制（8π）。这项工作开辟了一条调谐透射颜色的新途径，并可以进一步扩展到具有人工设计的磁性双折射的其他系统。span=

BaofuDing,etal.Giantmagneto-birefringenceeffectandtuneablecolourationof2Dcrystalsuspensions.NatureCommunications,,11:.

DOI：10./s---4

年，除了以上成果之外，AndreGeim教授团队还在二维原子晶体的其他多个方面有所突破，在次不一一摘录。

重要理念

最后，我们想与大家分享几条AndreGeim教授的科研理念，祝大家在在追寻真理的道路上越战越勇，不断前行！

“当有些人拿到诺贝尔奖后开始停止做科研，甚至停止做很多他该去做的事，并且其他方面的事物会缠绕着他很多年，这样他更不能专心工作。但对于我来说，我会像往常一样继续我的研究，认真工作，享受研究。”

“在石墨烯之外，还有很多新的东西值得学习。如果你一直局限于一个点，肯恩会让你的而思维固化，我不想这样。”

“石墨烯大规模应用，可能还需要二三十年甚至更长的时间，基础研究就是这样，这是科学规律。”

AndreGeim教授简介

AndreGeim，荷兰和英国双重国籍，物理学家。年出生于俄罗斯，现任英国曼彻斯特大学Regius教授和英国皇家学会研究教授。年当选为英国皇家学会院士，年当选为美国国家科学院外籍院士。年当选为中国科学院外籍院士，被荷兰和英国女王授予爵位。在国际知名刊物上发表SCI论文余篇（其中在Science和Nature上发表论文30多篇），共计被SCI引用,多次，多次入选Thomson-Reuters世界高被引科学家前10位。#木木西里#

中国博士留学生在美国遭枪击身亡，北大毕业，已经读到博士第四年

武汉大学博士后就职基层社工，甘之如饴，搞科研让人大彻大悟？

如何调控MoS2电化学析氢性能，电子结构调控威力无穷

特别声明：本文发布仅仅出于传播信息需要，并不代表本公共号观点；如其他媒体、网站或个人从本

转载请注明:http://www.aideyishus.com/lkyy/2667.html