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编者按：本周，来自商业、政治和科学界的领导人齐聚瑞士达沃斯世界经济论坛会议，讨论当今紧迫的问题，《大众科学》与论坛合作，发表了一系列对顶尖科学家的采访。这是卡蒂亚·莫斯科维奇为世界经济论坛进行的四次采访中的第三次。
2010年，英国曼彻斯特大学的两位物理学家因对一种新型神奇材料：石墨烯（一种只有一层原子厚的碳薄片）的研究而分享了诺贝尔物理学奖。康斯坦丁·诺沃肖洛夫和安德烈·盖姆，两位都是俄罗斯移民，他们通过在简单的石墨上使用普通的透明胶带发现了这种材料。
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石墨烯具有高导电性和透明性，也是科学已知的最坚固的材料。有一天，它可能会彻底改变电子行业。诺沃肖洛夫向我们介绍了这种二维材料的可能性以及它如何改变该行业。
[以下是采访的编辑稿。]
石墨烯对未来的计算意味着什么？
可以肯定的是，硅将在至少未来五到十年内用于晶体管——构成现代计算机基础的半导体器件。但是，当硅无法满足越来越小型的晶体管的需求时，人们已经在考虑替代材料和技术来取代硅。石墨烯晶体管是替代方案之一。
我还正在研究石墨烯之后很快获得的其他单原子厚度的二维材料以及基于这些二维晶体的异质结构。它们有可能替代硅技术，但我们这里讨论的是全新的架构，而不仅仅是在系统中引入一种新材料。很难预测它将如何发展，因为当您在工艺中引入一种新材料时，它已经是一个相当复杂的步骤，如果您想改变整个架构，则需要多年的研究。这就是为什么如果我们想在 10 年内实现类似的目标，就应该现在开始研究。
您认为未来的计算机会是什么样子？
计算机不仅仅是显示器、接口和软件：它们主要关乎计算能力和微处理器，也称为中央处理单元 [CPU]，或计算机的“大脑”。未来，我们可能会扩展并行计算，利用具有更多内核的微处理器，届时多个 CPU 将在同一芯片上协同工作，使计算机能够执行更多任务，并获得更高的整体系统性能。与此同时，更多专用计算机将开始出现，因为成本不再那么高昂。
您认为未来我们还会以称为计算机的独立实体来思考吗？
微处理器仍然会存在。你不会摆脱它们。计算可以有多并行，以及有多少计算机将连接到一个大型网络（云）中，这是一个不同的问题。随着电信技术的进步，速度越来越快，将许多计算机连接到一个大型网络中要容易得多。这绝对是我们将会看到越来越多的情况。我们现在已经看到了，我们的大量数据存储在云端而不是我们的桌面上——而云计算将越来越受欢迎。但基础仍然是微处理器、电子器件和当前的架构。
石墨烯还可以用于什么？
它是一种非常坚固的材料，也具有高导电性，因此人们尝试将其用于复合材料应用，作为机械增强剂或增强导电性。一个特别有趣的应用是在生物技术、生命科学和医学领域，您可以使用石墨烯作为传感器，因为许多特性是相互关联的；改变化学环境，您会立即从中获得电子信号。我非常感兴趣的是将石墨烯用作二维膜。有了石墨烯，我们得到了最薄的织物，同时它对任何分子都是完全不透过的。原则上，我们可以将其设计为可渗透某些分子，并将其用作生物膜。
石墨烯真正进入工业和商业应用还需要多久？
它将逐步融入我们的日常生活中。一个很好的例子是碳纤维。直到几年前，我们才开始看到使用碳纤维的飞机。但在 20 年前，碳纤维主要用于跑车和一些体育器材中的机械增强。因此，这从来都不是一个突然的变化，而是一个逐步引入的过程，首先从利基市场开始，然后进入越来越大规模的应用。这正是我们已经在石墨烯中看到的——一些触摸电源应用、导热应用、机械增强、导电涂料等等——这些产品的范围将逐年增加。当我们这样做时，我们将越来越多地了解该材料和生产，从而降低生产成本并提高质量。不久之后，它将成为一种非常普遍的材料。
石墨烯能否带来全新的技术，一些我们现在只能梦想的技术？
我工作的一个领域是“按需材料”。我们拥有一个由不同二维材料组成的库——只有一层原子厚的晶体。它们都具有非常不同的特性：有些是金属的，有些是绝缘的，有些是半导体，有些是透明的，有些是不透明的等等。这个库可以帮助设计新的 3D 材料，只需将二维薄片逐层放置——而不是像大自然所预期的那样，而是将不同的材料组合成不同的堆叠，并通过这种方式在我们构建这个堆叠时对功能进行编码。我称之为“按需材料”，因为根据您的应用和您想要实现的目标，您可以根据自己的需求设计这个堆叠。我们以前从未有过这样的机会——我们通常只局限于一种材料——但在这里我们可以从头开始设计新的多功能材料。
材料科学的这项和其他最新突破将如何改变该行业？
我们将把功能从结构层面提升到材料层面。因此，我们现在不再说我们取硅并将其重组为晶体管以执行某些功能，而是说：“告诉我们应该有什么功能，我们将设计一种具有这些功能的材料。”这是一个全新的范式。总的来说，希望它是一种多功能材料——因此在几层原子的范围内，我们将能够对逻辑电路、电源单元等进行编码。您将拥有一个灵活、透明或半透明的多功能材料，其功能已编码到其结构中。
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