纳米灯泡

上个世纪，计算机技术从笨重的真空管跃升至时尚的芯片，未来几年可能再度带来同样巨大的变革。这是哥伦比亚大学研究员 Young Duck Kim 的目标，他的新石墨烯“灯泡”可能照亮这条道路。

金开发了一种可以放在芯片上的纳米级发光装置。它将有助于催生新一代超快、小型、轻量级的光子计算机，这种计算机使用光而不是电流。

当这种情况发生时，乐高可以取得部分成就。小时候玩这些小积木让金意识到他喜欢用手做东西。这也让他习惯了这样一种想法：当同样的元素以不同的配置组合在一起时，任何事情都有可能发生。

“我的梦想是成为一名科学家，尤其是物理学家，”金说。他的学术生涯确实是从物理学开始的，但一路走来，他发现动手工作的诱惑是不可抗拒的。

“事实证明，理论并不适合我，”他笑着说。“我喜欢组装乐高积木并创造新的东西。这个过程很迷人。”

对真正热情的认识促使金进入了纳米机电系统的超微型世界，在那里，他不再像以前那样将乐高积木拼在一起，而是学会了如何在原子层面上构建新的架构。

金指出，另一项终生爱好帮助他顺利过渡到新职业。作为一名狂热的滑雪板和滑板爱好者，他知道，要掌握高难度的身体动作，必须刻苦练习，并经历多次失败。在实验室里，这意味着要耐心学习如何操作处理石墨烯所需的精密设备，石墨烯是一种厚度只有一个原子的二维碳。

“纳米级研究类似于极限运动，”他解释道。“你不能放弃，你要不断尝试，直到成功。”

在玩乐高和极限运动之间，金还培养了敏锐的毅力，这是将实验室偶然事件培育成改变游戏规则的发现的重要特质。

新型石墨烯灯泡确实是偶然诞生的。四年前，金正恩试图用电流加热石墨烯来“清洁”它，这时发生了一件奇怪的事情。当他慢慢增加电流时，石墨烯意外地开始发出明亮的可见光。

金观察到的一种现象自 2004 年首次发现石墨烯材料以来一直困扰着石墨烯研究人员。他将这种经历比作传说中的“哥伦布之蛋”，在这个故事中，重大发现的道路似乎简单而明显——当然，在发现之后。

虽然金立即意识到自己正在做一件大事，但让其他人参与进来却是另一回事。他必须为石墨烯提出令人信服的论据，以吸引潜在合作者的注意。

金回忆说，组建研究团队是一项关键的突破。“我知道我必须推动这件事，所以我参观实验室，找人，向他们展示数据、图片和电影，我们交流……没有其他人，我做不到。”

再一次，耐心和坚持得到了回报。在詹姆斯·霍恩教授的哥伦比亚工程实验室工作期间，金招募了同事帮助他量化石墨烯发出的光，并了解其背后的确切机制。

这项研究的成果是 6 月份在《自然纳米技术》杂志网上发表的一篇论文，标题直白，就是《石墨烯发出明亮的可见光》，该论文证实并详细阐述了 Kim 的最初发现。除了 Kim 和合著者、哥伦比亚工程学院的 Hone 之外，首尔国立大学和韩国标准与科学研究院的科学家也参与了这项研究。

石墨烯灯泡几乎将传统的爱迪生灯泡缩小到原子尺寸，并将其放置在计算机芯片的表面上。正如 Kim 所说，托马斯·爱迪生也像其他早期照明先驱一样，将碳用作灯泡灯丝。

其他材料在加热时会分解，或者散发出过多的热量，无法用于芯片。新研究表明，悬浮在两个电极之间的石墨烯可以加热到极端温度，直到发出肉眼可见的明亮光线，但热量主要集中在石墨烯的中间部分，而周围的结构则完好无损。

石墨烯灯泡还表现出一种使其成为光子计算的理想特性。

“石墨烯最重要的特性之一是它加热速度非常快，冷却速度也非常快，”Kim 解释道。实际上，它就像一个超快的二进制代码，非常适合光子计算。

Kim 预计速度可以达到 10 千兆赫或更高，可能达到 100 千兆赫。按照这一速度，光子计算机可以在一秒钟内下载《星球大战》系列电影的前七集

这项研究仍处于早期阶段，但通过学术界和计算机行业的共同努力，Kim 预计使用新技术的透明、柔性显示器可能只需五年就能问世。

“十年之内，我们就能用石墨烯制作出光子电路。”他坚信，实践、坚持和团队合作一定会带来回报。