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材料是人類(lèi)生產(chǎn)生活的物質(zhì)基礎(chǔ)。在歷史長(zhǎng)河中，一種新材料的出現(xiàn)和利用，常常能夠促進(jìn)社會(huì)生產(chǎn)力的發(fā)展，引起時(shí)代的變遷，推動(dòng)人類(lèi)文明的進(jìn)步。一些對(duì)人類(lèi)歷史起到舉足輕重作用的材料，甚至被歷史學(xué)家作為劃分 時(shí)代的重要標(biāo)志。進(jìn)入21世紀(jì)，材料更是被視為現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的支柱之一。從某種意義上說(shuō)，未來(lái)世界會(huì)變成什么樣，人們將過(guò)上怎樣的生活，都和材料的發(fā)展有 著密切的關(guān)系。下面，我們來(lái)看看即將投入使用并可能改變生活的10大“奇材”。

奇妙的材料之一

二維錫——電子飛馳的超高速公路
從外觀上看，我們的智能手機(jī)似乎挺靈巧可愛(ài)的，但承載信息傳輸?shù)碾娮釉谖⑻幚砥鞯男酒瑑?nèi)跑得并不那么有條不紊。美國(guó)斯坦福大學(xué)的物理學(xué)家張首晟教授這樣形容電子在固體物質(zhì)內(nèi)部的運(yùn)行：“就像穿行于擁擠的菜市場(chǎng)，到處磕磕碰碰，似乎導(dǎo)電體內(nèi)雜質(zhì)成堆?！?/p>

如果你的手機(jī)充電幾小時(shí)后動(dòng)不動(dòng)就死機(jī)，或是熱得燙手，問(wèn)題就出在電子的雜亂運(yùn)動(dòng)。每次電子互相碰撞一下都會(huì)產(chǎn)生熱。電子器件內(nèi)紛繁復(fù)雜的電路里，電子產(chǎn)生的廢熱必須及時(shí)地、迅速地傳導(dǎo)出去，否則就會(huì)損傷電路。但在手機(jī)里這幾乎不可能做到，電腦內(nèi)也一樣。廢熱成了影響手機(jī)和電腦芯片工作效率的主要問(wèn)題。

如果有一種材料在傳導(dǎo)電子的時(shí)候沒(méi)有任何阻力，不產(chǎn)生任何熱，也就完全沒(méi)有上述煩惱了。過(guò)去的一個(gè)多世紀(jì)里，物理學(xué)家一直以為超導(dǎo)材料是最好的選擇，但研究來(lái)研究去，最后發(fā)現(xiàn)自己好像被超導(dǎo)現(xiàn)象給騙了——絕大多數(shù)超導(dǎo)材料只能在接近絕對(duì)零度（-273℃）時(shí)才表現(xiàn)出超導(dǎo)特性。雖然科學(xué)家還在持續(xù)努力，但實(shí) 現(xiàn)常溫超導(dǎo)恐怕還要再等一個(gè)世紀(jì)。

張首晟教授放棄超導(dǎo)另辟蹊徑。他于2007年在世界上首次合成了一類(lèi)叫拓?fù)浣^緣體的奇特材料：內(nèi)部是絕緣材料，表面卻能導(dǎo)電，而且電子可以完全自由移動(dòng)。 因?yàn)殡娮又皇菑谋砻娴脑由蟼鲗?dǎo)，產(chǎn)生了一種電子-自旋耦合量子相互作用效應(yīng)，消除了電子移動(dòng)時(shí)不斷掉頭的現(xiàn)象，也免除了電子從材料內(nèi)部“打洞”前進(jìn)的困 難。與現(xiàn)有的電子產(chǎn)品中電子的移動(dòng)相比，拓?fù)浣^緣體上的電子傳導(dǎo)就像汽車(chē)從擁擠的街道駛上高速公路。

其實(shí)，拓?fù)浣^緣體上的電子傳導(dǎo)也不十分規(guī)矩，電子在材料的表面也時(shí)常做“回轉(zhuǎn)滑雪運(yùn)動(dòng)”，難以在一條軌道上直線(xiàn)飛馳，因而還會(huì)產(chǎn)生熱，仍有散熱的煩惱，除非將其冷卻到絕對(duì)零度附近，要不然電子不會(huì)老老實(shí)實(shí)地沿直線(xiàn)傳導(dǎo)。為解決這個(gè)問(wèn)題，張首晟教授設(shè)法制作了一種特別的膜——單層錫原子膜。它只有一層原子構(gòu)成，薄得不能再薄了，科學(xué)家稱(chēng)之為二維膜。結(jié)果，電子們聽(tīng)話(huà)了，乖乖地沿跑道直線(xiàn)前進(jìn)。原因是，這么薄的膜對(duì)電子運(yùn)動(dòng)方向擁有超強(qiáng)的約束能力，不給電子選 擇道路的機(jī)會(huì)，只能沿材料的邊緣移動(dòng)，而且低溫、常溫都一樣起到約束作用。

由于是真正的零產(chǎn)熱材料，這種膜可能首先被用于制造微處理器芯片的導(dǎo)線(xiàn)，可以極大地降低能源消耗和廢熱。當(dāng)然，這種膜也可以用作把熱能直接轉(zhuǎn)化為電能的熱電材料。
不過(guò)，現(xiàn)在要大量做出真正的單層錫原子膜產(chǎn)品為時(shí)尚早，雖然很多人非常樂(lè)觀，但實(shí)際上都是紙上談兵。假如單層錫原子膜能做出來(lái)，實(shí)現(xiàn)表面100%導(dǎo)電效率，就會(huì)迅速應(yīng)用于各種電子產(chǎn)品。張首晟教授說(shuō)：“這一天，樂(lè)觀地估計(jì)要5年時(shí)間，客觀地估計(jì)要10年時(shí)間。”

奇妙的材料之二
記憶玻璃——給外星人的一封信
美國(guó)經(jīng)典科幻漫畫(huà)《超人》的主人公來(lái)自遙遠(yuǎn)的外星球，他具有地球人無(wú)法企及的超能力。一次，超人碰巧飛到了一座晶瑩剔透的神秘建筑里，在那里他看到了一塊奇特的晶體碎片，立刻找回了自己兒時(shí)的記憶，想起了早已忘記的故鄉(xiāng)——原來(lái)那塊奇特的晶體碎片替他的大腦儲(chǔ)存了大量?jī)簳r(shí)的生活信息。假如人類(lèi)也能將記憶永久地儲(chǔ)存于某個(gè)物體上，那不是一件令人驚奇的事嗎？

當(dāng)然，現(xiàn)在人類(lèi)已有多種途徑儲(chǔ)存信息。但是，信息存在電腦硬盤(pán)里很容易丟失，存在軟盤(pán)里又很容易因高溫而損壞；即使這些硬盤(pán)或軟盤(pán)保存良好，也經(jīng)不起幾千次重復(fù)擦寫(xiě)。即使把信息儲(chǔ)存于DVD上且保存良好，幾十年后信息也會(huì)因?yàn)檩d體材料氧化而丟失。

長(zhǎng)期而安全地儲(chǔ)存信息，如今關(guān)乎每個(gè)人的工作與生活。雖然目前我們的方法遠(yuǎn)不及動(dòng)畫(huà)片中超人的記憶晶體碎片，但科學(xué)家正試圖徹底改變這一狀況。

早在1996年，美國(guó)哈佛大學(xué)的物理學(xué)家就設(shè)想，將信息寫(xiě)入一種耐久的、類(lèi)似玻璃的透明材料。玻璃有很多優(yōu)點(diǎn)，它能抵抗高溫的炙烤、化學(xué)物質(zhì)的腐蝕和機(jī)械力的損傷，甚至還有防彈功能。按照哈佛大學(xué)物理學(xué)家的研究方案，寫(xiě)入信息只需用一束極細(xì)的強(qiáng)激光在玻璃上刻出一小塊刻痕，使刻痕處的折光率與周?chē)糠植煌?即可；閱讀信息只需將玻璃對(duì)著光線(xiàn)，檢測(cè)刻痕處的圖案就行。

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