计算机技术在上个世纪从笨重的真空管飞跃到时尚的芯片，而未来几年可能会带来同样规模的又一次巨变。这正是哥伦比亚大学研究员 Young Duck Kim 的目标，他新发明的石墨烯“灯泡”或许能为此指明方向。
Kim 开发了一种可以集成到芯片上的纳米级发光器件。这可能有助于 usher in 新一代超快、小型、轻巧的光子计算机，这种计算机使用光而非电流。
当这一切发生时，乐高也可以归功于其中一部分。小时候玩积木让 Kim 意识到他喜欢用双手制作东西。这也让他习惯了这样一个观念：当相同的元素以不同的组合方式聚集在一起时，任何事情都可能发生。
“我的梦想是成为一名科学家，尤其是物理学家，”Kim 说。他的学术生涯确实始于物理学，但在此过程中，他发现用双手工作的吸引力是无法抗拒的。
“结果证明，理论不适合我，”他笑着说。“我喜欢组装乐高积木，创造新东西。这个过程很迷人。”
他真正热情的实现促使 Kim 进入了超微型机电系统领域，在那里，他没有像搭乐高积木那样，而是学会了如何在原子层面构建新的结构。
Kim 指出，另一项终生的爱好帮助他完成了向新事业的转变。作为一名狂热的滑雪者和滑板爱好者，他知道在掌握高难度身体技巧之前，需要经过刻苦的练习和无数次的失败。在实验室里，这转化为耐心学习如何操作石墨烯所需的精密设备，石墨烯是一种只有原子厚度的二维碳材料。
“纳米级研究与极限运动相似，”他解释道。“你不会放弃，你会尝试、尝试，直到成功。”
在乐高积木和极限运动之间，Kim 还培养了敏锐的毅力，这在将实验室的偶然发现转化为一项改变游戏规则的发现时，是一项重要的特质。
这款新的石墨烯灯泡确实是意外诞生的。四年前，Kim 试图通过加热石墨烯来“清洁”它，当时发生了一些奇怪的事情。当他缓慢增加电流时，石墨烯出乎意料地开始发出明亮可见的光。
Kim 观察到了自 2004 年该材料首次被发现以来，一直让石墨烯研究人员困扰的现象。他把这种经历比作传说中的“哥伦布的蛋”故事，在这个故事中，一项重大发现的途径似乎简单明了——当然，是在发现之后。
虽然 Kim 立即意识到他发现了重要事物，但让别人加入却是另一回事。他不得不为石墨烯做一个令人信服的论证，才能引起潜在合作者的注意。
Kim 回忆说，组建一个研究团队是关键的突破。“我知道我必须推动这件事，所以我去实验室，我找人，我给他们看数据、图片和视频，我们交谈……没有其他人我做不到。”
耐心和毅力再次得到了回报。在哥伦比亚大学工程学院 James Hone 教授的实验室里，Kim 招募了同事帮助他量化石墨烯发出的光，并理解其背后的确切机制。
结果是，一篇题为“石墨烯发出明亮的可见光”的文章于 6 月在线发表在《自然纳米技术》杂志上，证实并详细阐述了 Kim 的原始发现。除了 Kim 和来自哥伦比亚工程学院的合著者 Hone 之外，来自首尔国立大学和韩国标准科学研究所的科学家也为这项研究做出了贡献。
石墨烯灯泡几乎将传统的爱迪生灯泡字面上缩小到原子大小，并将其放置在计算机芯片的表面。正如 Kim 指出的，托马斯·爱迪生以及其他早期照明先驱也曾将碳用于灯泡灯丝。
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，悬挂在两个电极之间的石墨烯可以被加热到极高的温度，直到发出肉眼可见的明亮光线，但热量主要被限制在石墨烯的中间部分，使周围结构不受损坏。
石墨烯灯泡还具有一项使其成为光子计算理想选择的特性。
“石墨烯最重要的特性之一是它升温非常快，然后冷却也非常快，”Kim 解释说。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 千兆赫兹或更高，可能高达 100 千兆赫兹。按照这个速度，Kim 说，一台光子计算机可以在一秒钟内下载完《星球大战》系列的前七集。
这项研究仍处于非常早期的阶段，但通过学术界和计算机行业的合作努力，Kim 预计使用这项新技术制造透明、柔性显示器可能只需五年时间。
“十年之内，我们可以用石墨烯制造光子电路，”他断言，并且坚信实践、毅力和团队合作将会得到回报。
