從金剛石這種無(wú)比堅(jiān)硬的材料上剝離出大片完整的膜，聽(tīng)起來(lái)像天方夜譚，實(shí)際做起來(lái)困難更多。

       兩年時(shí)間沒(méi)有任何進(jìn)展，香港大學(xué)副教授褚智勤一度想“砍掉”這個(gè)課題。但科研本就需要勇闖“無(wú)人區(qū)”。“就看愿不愿意下血本，簡(jiǎn)單的事沒(méi)什么風(fēng)險(xiǎn)，當(dāng)然也不會(huì)有大收益。雖然很難，但我們還是想拼一拼。”褚智勤說(shuō)，“我覺(jué)得人生就應(yīng)該賭一把。”

       他賭贏了。歷時(shí)5年，這個(gè)課題終于“結(jié)果”了。

       褚智勤團(tuán)隊(duì)聯(lián)合香港大學(xué)教授林原、北京大學(xué)教授王琦、南方科技大學(xué)助理教授李攜曦，開(kāi)創(chuàng)了一種金剛石剝離技術(shù)，可獲得超薄且超柔韌的金剛石膜——它就像一張紙一樣可以卷起來(lái)。近期，相關(guān)研究成果發(fā)表于《自然》。

       世界首次

       “2004年安德烈·海姆和康斯坦丁·諾沃肖洛夫首次用膠帶剝離出石墨烯，斬獲2010年諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)。20年后，我們首次實(shí)現(xiàn)了碳材料家族的另一位成員——金剛石薄膜的大規(guī)模剝離。”論文第一作者、褚智勤課題組的景紀(jì)祥說(shuō)。

       時(shí)間指針撥回到2019年。一直聚焦于金剛石材料和相應(yīng)量子探測(cè)研究的褚智勤，很想用金剛石實(shí)現(xiàn)一些功能。他與李攜曦提出制備大面積平整的金剛石膜的設(shè)想。第二年新招進(jìn)組的一位博士后接下了這個(gè)課題，但兩年下來(lái)，幾乎沒(méi)有收獲。最終，這位博士后離開(kāi)了課題組，另找了一份工作。

       金剛石，不僅是珠寶界的明星，也是電子和光子材料中的“珠穆朗瑪峰”。金剛石膜一旦制備成功便能大有作為。褚智勤不想就此放棄，他把這個(gè)自己非常看重的課題交給了當(dāng)時(shí)的博士生景紀(jì)祥。

       很長(zhǎng)時(shí)間里，景紀(jì)祥絞盡腦汁，無(wú)論用什么辦法，都無(wú)法得到平整的金剛石膜。直到有一次，景紀(jì)祥不小心碰破了金剛石塊，發(fā)現(xiàn)其邊角有一小片翹起來(lái)了。他靈光一閃：“能不能直接用剝離的方法把膜揭下來(lái)？”

       實(shí)際上，這個(gè)想法有些反直覺(jué)。畢竟金剛石很硬、脆性高，不太可能實(shí)現(xiàn)。但褚智勤認(rèn)為，這個(gè)瘋狂的想法值得一試。

       通過(guò)不斷調(diào)整參數(shù)，他們似乎找到了一些可行性。“簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)，就是先破壞金剛石的一個(gè)邊緣，暴露出一個(gè)‘新鮮’的缺口，從這個(gè)最優(yōu)‘窗口’的某個(gè)特定角度，用力學(xué)手段剝離出一大片完整的金剛石膜。這是純物理方法，不涉及溶液和化學(xué)過(guò)程，因此剝離出來(lái)的生長(zhǎng)面完好。”褚智勤說(shuō)。

       這張膜非常完美。論文中描述的金剛石膜為兩英寸，實(shí)際上，他們已經(jīng)能在實(shí)驗(yàn)室剝離出超過(guò)4英寸的金剛石膜。更讓人驚喜的是，金剛石膜不僅非常薄，還是一張柔性膜，表現(xiàn)出卓越的性能。

       “它可以像一張紙一樣卷起來(lái)。這種柔性非常重要，我們可以通過(guò)力學(xué)形變來(lái)調(diào)控一些性能。金剛石需要摻雜某種元素才能變成半導(dǎo)體，而金剛石半導(dǎo)體摻雜研究一直比較困難。現(xiàn)在，我們通過(guò)形變就能實(shí)現(xiàn)金剛石半導(dǎo)體性質(zhì)的調(diào)控，這完全可以開(kāi)辟出一條全新賽道。”褚智勤說(shuō)。

       這一研究為大規(guī)模生產(chǎn)高質(zhì)量金剛石膜開(kāi)辟了新路徑，具有巨大的潛在應(yīng)用價(jià)值。“金剛石膜展現(xiàn)了很多優(yōu)異的性能，相信未來(lái)會(huì)在電子、光子、機(jī)械、熱學(xué)、聲學(xué)和量子領(lǐng)域大放異彩。”景紀(jì)祥表示。

       被拒時(shí)，心態(tài)最重要

       這項(xiàng)研究可謂是領(lǐng)域內(nèi)的一個(gè)重大突破。投稿之前，褚智勤堅(jiān)定地認(rèn)為，相關(guān)論文應(yīng)該發(fā)表在一個(gè)影響力高的平臺(tái)。

       “我們當(dāng)時(shí)對(duì)頂刊做了分析，覺(jué)得《科學(xué)》可能更喜歡這種突破常規(guī)思維的內(nèi)容。”褚智勤說(shuō)。于是在2023年11月，他們把論文投給了《科學(xué)》。雖然送審很快，但反饋的結(jié)果令人沮喪。3位審稿人的意見(jiàn)大相徑庭。第一位審稿人極盡贊賞；第二位審稿人極力反對(duì)，認(rèn)為金剛石材料沒(méi)有特別大的用處；第三位審稿人認(rèn)為文章很有趣，但不適合在《科學(xué)》發(fā)表。

       褚智勤和合作者始終堅(jiān)信這項(xiàng)研究的重要性。2024年1月，他們將文章轉(zhuǎn)投《自然》，結(jié)果又吃了一記閉門羹。《自然》編輯回復(fù)說(shuō)，還有一些內(nèi)容沒(méi)講清楚、有一些測(cè)試沒(méi)有做，所以論文可能達(dá)不到發(fā)表的水平。

       雖然被拒，但研究團(tuán)隊(duì)從拒稿信里看到了些許希望。“研究的確還欠缺一些實(shí)質(zhì)性內(nèi)容，所以在收到拒稿信后，我們又補(bǔ)做了4個(gè)月的實(shí)驗(yàn)，分析了實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，特別是對(duì)膜的質(zhì)量做了分析。我們猜測(cè)，編輯希望看到更多證明金剛石膜質(zhì)量?jī)?yōu)異性的證據(jù)，我們就盡量補(bǔ)充相應(yīng)內(nèi)容。”褚智勤表示。

       補(bǔ)充數(shù)據(jù)、整理參考文獻(xiàn)、增加總結(jié)性圖表……論文多出了好幾十頁(yè)的新內(nèi)容。當(dāng)做好萬(wàn)全的準(zhǔn)備后，2024年4月研究團(tuán)隊(duì)再次投出文章。又經(jīng)歷兩輪修改后，文章終于在2024年10月被接收，并于近期發(fā)表。

       “在這個(gè)過(guò)程中真的要擺正心態(tài)。這就好比參加考試，如果你是為了考試而考試，這個(gè)過(guò)程一定是痛苦的。如果先不考慮結(jié)果如何，而是把重點(diǎn)放在復(fù)習(xí)上，你就會(huì)有很多思考，各方面的能力都會(huì)得到提升。”褚智勤說(shuō)。

       對(duì)科研保持純粹的熱愛(ài)

       “不浮躁，踏踏實(shí)實(shí)地做好每一件瑣碎的事，完成每一個(gè)小目標(biāo)。”這是褚智勤的科研觀。

       這些觀念的形成源于他博士后階段的導(dǎo)師、德國(guó)斯圖加特大學(xué)教授Joerg Wrachtrup—— 一位量子探測(cè)領(lǐng)域泰斗級(jí)的科學(xué)家。“只要不出差，他都‘泡’在研究所里。早上八點(diǎn)準(zhǔn)時(shí)到辦公室，晚上八九點(diǎn)才離開(kāi)。他把所有的熱情都投入到科學(xué)研究中。”褚智勤說(shuō)。

       Joerg Wrachtrup對(duì)科研的這份純粹的熱愛(ài)，深深感染著褚智勤，有一件事情一直讓他記憶猶新。“有一次，他到實(shí)驗(yàn)室找我，說(shuō)想看一下我的實(shí)驗(yàn)筆記，但看過(guò)之后很不滿意，認(rèn)為實(shí)驗(yàn)筆記不夠詳細(xì)。他把我叫到辦公室，從柜子里翻出厚厚一沓當(dāng)年他讀博時(shí)的實(shí)驗(yàn)筆記。我看到上面手寫的密密麻麻、清晰又詳細(xì)的筆記時(shí)，很受觸動(dòng)。”

       導(dǎo)師的言傳身教深深影響了褚智勤。“科研起步時(shí)，我會(huì)對(duì)每一位學(xué)生說(shuō)，要做一些具體的、小的項(xiàng)目。目標(biāo)不要‘高大上’，從比較務(wù)實(shí)的目標(biāo)著手，一點(diǎn)點(diǎn)往前走。而且，我希望學(xué)生是發(fā)自內(nèi)心地?zé)釔?ài)科研。做科研面對(duì)失敗是常態(tài)，我很看重學(xué)生是否可以穩(wěn)住負(fù)面情緒、戒驕戒躁，在周圍人都不看好的情況下，冷靜地扭轉(zhuǎn)局面、逆流而上，開(kāi)辟出一片新天地。”褚智勤說(shuō)。