阿爾伯特·愛因斯坦、保羅·狄拉克和其他奠基物理學家可能使用鉛筆來計算相對論和量子力學的細節。現在，他們的現代繼任者正在以一種新的方式使用鉛筆芯來證明這些理論——並有可能指向一種全新的電子形式。
鉛筆芯實際上是石墨——一種碳礦物，當它在紙上拖動時，會留下書寫痕跡，因為它的原子層很容易分離。這也意味著它是良好的導電體。去年，英國曼徹斯特大學的安德烈·蓋姆用膠帶將石墨剝離成僅有一個原子厚的層；他們將這種超薄的石墨層稱為“石墨烯”。
正如今天《自然》雜誌上的兩篇論文詳細描述的那樣，對石墨烯的實驗揭示了一些奇怪的現象。這種二維材料仍然能夠導電，這要歸功於碳原子蜂窩結構中的自由浮動電子。但這些電子錶現出一些不尋常的特性。
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蓋姆的團隊發現，即使在非常低的溫度下，它們也不會減速。本質上，電子的行為就像它們沒有質量，或者說沒有“靜止質量”，這是狹義相對論中更精確的說法。這也意味著石墨——至少是二維的石墨——永遠不會停止導電。研究人員將這些偽相對論粒子稱為“無質量狄拉克費米子”，他們還證明了它們的速度比其他半導體中的電子快得多。因此，它們符合著名的方程 E=mc2 （它們的實際速度，比光速慢約 400 倍，代表 c）。
由菲利普·金領導的哥倫比亞大學的物理學家獨立地證實了這些發現，並且還發現無質量電子滿足了霍爾效應的預測。（埃德溫·霍爾在 1879 年證明，以直角嚮導電材料施加磁場會產生垂直於透過該材料的正常電流流動的電壓。）這種效應也適用於量子層面，但有一個警告：電壓不是隨著磁場的增強而平穩增加，而是以階梯式跳躍上升。根據兩組研究人員的說法，這正是石墨烯中無質量電子的行為方式。
金寫道，最終，這些發現可能“導致碳基電子和磁電子裝置的新應用”，儘管還需要進一步研究。這也意味著鉛筆留下的石墨——被剝離成一個原子厚的層——可以用來證明古老物理學家用鉛筆潦草寫下的理論。