當我們用鉛筆在紙上書寫繪畫的時候，可能並不會意識到黑色的石墨筆芯有什麼神奇之處，但如果從微觀物理科學的角度來看，卻是另一個充滿奧妙的世界。
石墨是碳同素異形體的一種形態，碳原子可組成平面六邊形環平鋪結構，堆疊起來便是石墨，因這些層狀結構之間僅有微弱的結合力，可以輕易造成相互滑動、脫落。石墨也因此表現出質地較軟且有滑膩感的特性，不僅能用來寫字，還能做潤滑材料，同時科學家們利用石墨材料較好的耐腐蝕性、導電性與導熱性等，在產業界展開廣泛應用。
而碳原子的神奇之處在於，不同的排列組合能形成屬性截然不同的材料。例如在極高壓力下，每個碳原子會以四面體狀與另外四個碳原子鍵合，形成一個三維密鋪網狀結構，這種結構的結晶便是具備較高透明度和超強硬度的鑽石，與石墨相比也變成了不導電材質。
如果碳原子變成二維結構又會表現出怎樣的能力？答案便是在凝聚態物理領域火了十多年的超級材料：石墨烯。通俗來講，即單原子層平面的石墨，這種單層原子組成的晶體材料也稱作二維材料，據了解，1 毫米厚度的石墨大約是由 300 萬層石墨烯堆疊而成。
2004 年，英國曼徹斯特大學的物理學家安德烈海姆（Andre Geim）和康斯坦丁諾沃肖洛夫（Konstantin Novoselov）成功在實驗室從石墨中分離出了石墨烯，並在室溫下觀察到石墨烯中的量子霍爾效應，2010 年，二人因對石墨烯的開創性貢獻共同獲得了諾貝爾物理學獎。石墨烯作為人類成功製備出的第一款二維材料，被科學家們廣泛譽為是改變 21 世紀的材料之王，吸引了各國物理學家對此展開深入科研。它不僅是目前人類已知強度最高、最薄的納米材料，而且具備超導電性、極好的熱傳導性和光學特性等。
一種新材料的應用邊界有多廣，取決於對其物理特性的了解有多深，在過去超過 15 年的時間裡，科學家對石墨烯的研究已然走向深水區，但關於石墨烯的特性我們了解透徹了麼？
來自麻省理工學院（MIT）物理系的助理教授巨龍，近年來通過融合光學、微器件加工及電學輸運測量等跨領域實驗手段，揭示了更多關於石墨烯材料的全新物理特性和應用前景，其創新發明的實驗技術也對二維材料的物理研究起到了重要助推作用，憑藉極具開拓性的科研貢獻，他成功入選了《麻省理工科技評論》「35 歲以下科技創新 35 人」 2020 年中國區榜單。