阿尔伯特·爱因斯坦、保罗·狄拉克和其他奠基物理学家可能使用铅笔来计算相对论和量子力学的细节。现在，他们的现代继任者正在以一种新的方式使用铅笔芯来证明这些理论——并有可能指向一种全新的电子形式。
铅笔芯实际上是石墨——一种碳矿物，当它在纸上拖动时，会留下书写痕迹，因为它的原子层很容易分离。这也意味着它是良好的导电体。去年，英国曼彻斯特大学的安德烈·盖姆用胶带将石墨剥离成仅有一个原子厚的层；他们将这种超薄的石墨层称为“石墨烯”。
正如今天《自然》杂志上的两篇论文详细描述的那样，对石墨烯的实验揭示了一些奇怪的现象。这种二维材料仍然能够导电，这要归功于碳原子蜂窝结构中的自由浮动电子。但这些电子表现出一些不寻常的特性。
关于支持科学新闻
如果您喜欢这篇文章，请考虑通过以下方式支持我们屡获殊荣的新闻报道 订阅。通过购买订阅，您正在帮助确保未来关于塑造我们今天世界的发现和想法的有影响力的故事的未来。
盖姆的团队发现，即使在非常低的温度下，它们也不会减速。本质上，电子的行为就像它们没有质量，或者说没有“静止质量”，这是狭义相对论中更精确的说法。这也意味着石墨——至少是二维的石墨——永远不会停止导电。研究人员将这些伪相对论粒子称为“无质量狄拉克费米子”，他们还证明了它们的速度比其他半导体中的电子快得多。因此，它们符合著名的方程 E=mc2 （它们的实际速度，比光速慢约 400 倍，代表 c）。
由菲利普·金领导的哥伦比亚大学的物理学家独立地证实了这些发现，并且还发现无质量电子满足了霍尔效应的预测。（埃德温·霍尔在 1879 年证明，以直角向导电材料施加磁场会产生垂直于通过该材料的正常电流流动的电压。）这种效应也适用于量子层面，但有一个警告：电压不是随着磁场的增强而平稳增加，而是以阶梯式跳跃上升。根据两组研究人员的说法，这正是石墨烯中无质量电子的行为方式。
金写道，最终，这些发现可能“导致碳基电子和磁电子设备的新应用”，尽管还需要进一步研究。这也意味着铅笔留下的石墨——被剥离成一个原子厚的层——可以用来证明古老物理学家用铅笔潦草写下的理论。