從金剛石這種無比堅硬的材料上剝離出大片完整的膜，聽起來像天方夜譚，實際(ji)做起來困難更多(duo)。

       兩年時間沒(mei)有(you)任何(he)進展，香(xiang)港(gang)大學副教授褚智勤一(yi)度想“砍(kan)掉”這個(ge)課(ke)題(ti)。但科研本就(jiu)需要勇(yong)闖“無人區”。“就(jiu)看(kan)愿不愿意(yi)下血(xue)本，簡單的事沒(mei)什么(me)風險，當然(ran)也不會有(you)大收益。雖然(ran)很難，但我(wo)們還(huan)是想拼(pin)一(yi)拼(pin)。”褚智勤說(shuo)，“我(wo)覺得人生就(jiu)應該(gai)賭一(yi)把。”

       他(ta)賭贏了。歷時5年，這個課題終(zhong)于“結果”了。

       褚智勤團隊聯合香港大學教授林原、北京大學教授王琦、南方科技大學助理教授李攜曦，開創了一種金剛石剝離技術，可獲得超薄且超柔韌的金剛石膜——它(ta)就像一張紙一樣可以(yi)卷起來(lai)。近期，相關研(yan)究成果發表(biao)于《自然》。

       世界首次

       “2004年(nian)(nian)安德烈·海姆和康(kang)斯坦(tan)丁·諾(nuo)沃(wo)肖洛夫首次用膠帶(dai)剝(bo)離(li)出石墨烯，斬(zhan)獲2010年(nian)(nian)諾(nuo)貝爾物(wu)理(li)學獎(jiang)。20年(nian)(nian)后，我們首次實(shi)現了碳材料(liao)家族的另一(yi)位成員(yuan)——金剛石薄膜(mo)的大(da)規模剝(bo)離(li)。”論文第一(yi)作者、褚智勤課題組的景紀祥(xiang)說(shuo)。

       時間指針撥回到2019年。一(yi)(yi)直聚焦(jiao)于金(jin)剛(gang)石材料和(he)相(xiang)應量子探測研究(jiu)的褚(chu)智(zhi)勤，很想用金(jin)剛(gang)石實現一(yi)(yi)些(xie)功(gong)能。他與李攜曦提出制(zhi)備大(da)面積(ji)平整(zheng)的金(jin)剛(gang)石膜(mo)的設想。第(di)二年新(xin)招進組的一(yi)(yi)位(wei)博(bo)士(shi)后接下了(le)這(zhe)個課題，但兩年下來，幾乎沒有收獲。最(zui)終(zhong)，這(zhe)位(wei)博(bo)士(shi)后離開了(le)課題組，另(ling)找了(le)一(yi)(yi)份工作。

       金(jin)剛石，不僅是珠寶界的(de)明星(xing)，也(ye)是電子和光(guang)子材料中的(de)“珠穆朗瑪峰”。金(jin)剛石膜一旦制(zhi)備成(cheng)功便能大有(you)作為。褚智勤不想就此放棄，他(ta)把這(zhe)個自(zi)己(ji)非常看重的(de)課題交給了當時的(de)博士生景紀祥(xiang)。

       很長時間里(li)，景紀祥(xiang)絞盡腦汁(zhi)，無論(lun)用(yong)什么(me)辦法，都無法得到平整的金剛(gang)石膜。直到有一(yi)(yi)次，景紀祥(xiang)不(bu)小心碰破了金剛(gang)石塊，發現其邊角(jiao)有一(yi)(yi)小片翹起來了。他(ta)靈光一(yi)(yi)閃：“能(neng)不(bu)能(neng)直接用(yong)剝離的方法把(ba)膜揭下來？”

       實際上，這(zhe)個想(xiang)法有些反直覺。畢竟金剛石很硬、脆性(xing)高，不太可能(neng)實現。但褚(chu)智勤認為，這(zhe)個瘋狂(kuang)的想(xiang)法值得(de)一試。

       通過(guo)不斷調整(zheng)(zheng)參數，他們似乎找到了一(yi)些可行性。“簡單來(lai)說，就(jiu)是(shi)(shi)先破壞(huai)金(jin)(jin)剛石(shi)的(de)一(yi)個(ge)邊緣(yuan)，暴(bao)露出一(yi)個(ge)‘新鮮’的(de)缺口(kou)，從這個(ge)最(zui)優‘窗口(kou)’的(de)某個(ge)特定(ding)角度，用力學手段(duan)剝(bo)離出一(yi)大片完整(zheng)(zheng)的(de)金(jin)(jin)剛石(shi)膜(mo)。這是(shi)(shi)純物理方法，不涉及溶液和化學過(guo)程(cheng)，因此剝(bo)離出來(lai)的(de)生長面(mian)完好。”褚智勤說。

       這張(zhang)(zhang)膜(mo)(mo)非(fei)常(chang)完美。論文中描述的金(jin)剛(gang)石(shi)(shi)膜(mo)(mo)為兩英(ying)寸，實際上，他(ta)們已經能在實驗(yan)室剝離(li)出超過4英(ying)寸的金(jin)剛(gang)石(shi)(shi)膜(mo)(mo)。更(geng)讓(rang)人(ren)驚(jing)喜的是，金(jin)剛(gang)石(shi)(shi)膜(mo)(mo)不(bu)僅非(fei)常(chang)薄，還是一(yi)張(zhang)(zhang)柔性(xing)(xing)膜(mo)(mo)，表現出卓越(yue)的性(xing)(xing)能。

       “它可(ke)(ke)以(yi)(yi)像一(yi)張紙(zhi)一(yi)樣卷起(qi)來。這種柔(rou)性非常重(zhong)要，我們可(ke)(ke)以(yi)(yi)通過(guo)力學形(xing)變來調(diao)控一(yi)些性能。金剛石需要摻雜(za)某種元素(su)才能變成半(ban)導體，而金剛石半(ban)導體摻雜(za)研(yan)究一(yi)直比較困難。現在，我們通過(guo)形(xing)變就能實(shi)現金剛石半(ban)導體性質的調(diao)控，這完(wan)全(quan)(quan)可(ke)(ke)以(yi)(yi)開辟(pi)出一(yi)條全(quan)(quan)新賽道。”褚(chu)智(zhi)勤說(shuo)。

       這一研究為(wei)大規(gui)模生產高質量金剛(gang)(gang)石(shi)膜(mo)開辟了(le)新(xin)路徑，具有巨大的潛在應用價值(zhi)。“金剛(gang)(gang)石(shi)膜(mo)展現(xian)了(le)很多(duo)優異的性能，相信(xin)未(wei)來會在電子(zi)、光子(zi)、機械、熱學、聲學和量子(zi)領域大放異彩。”景(jing)紀祥表示(shi)。

       被拒時，心態最重要

       這(zhe)項研究(jiu)可謂是領域(yu)內的(de)一個重大突破(po)。投稿(gao)之前，褚(chu)智(zhi)勤堅定地認為，相(xiang)關論文應該發表在一個影響力高(gao)的(de)平(ping)臺。

       “我們(men)當時對(dui)頂(ding)刊做了分析(xi)，覺得《科學(xue)》可能(neng)更喜(xi)歡這種突(tu)破常規思維的內容。”褚(chu)智勤(qin)說。于是(shi)在(zai)2023年11月，他們(men)把論文投給(gei)了《科學(xue)》。雖然(ran)送審(shen)很快(kuai)，但(dan)反(fan)饋的結果令人沮喪(sang)。3位(wei)(wei)審(shen)稿人的意(yi)見大相徑庭(ting)。第(di)(di)一位(wei)(wei)審(shen)稿人極盡贊賞；第(di)(di)二位(wei)(wei)審(shen)稿人極力反(fan)對(dui)，認(ren)為(wei)金剛石材(cai)料沒有特(te)別大的用處；第(di)(di)三位(wei)(wei)審(shen)稿人認(ren)為(wei)文章很有趣，但(dan)不適合(he)在(zai)《科學(xue)》發表。

       褚(chu)智勤和合作(zuo)者(zhe)始終堅信這(zhe)項研究的(de)重要性。2024年1月，他們(men)將文章轉投《自(zi)然(ran)》，結果又吃了一記閉門(men)羹。《自(zi)然(ran)》編(bian)輯回(hui)復說，還有(you)一些內容(rong)沒講清(qing)楚、有(you)一些測試沒有(you)做(zuo)，所以論文可能達不到(dao)發表的(de)水平(ping)。

       雖然被拒，但研(yan)究(jiu)團隊從拒稿(gao)信里看到了(le)些許(xu)希(xi)(xi)望(wang)。“研(yan)究(jiu)的(de)確(que)還欠缺一些實質性(xing)內容(rong)，所(suo)以在收到拒稿(gao)信后(hou)，我們又補做了(le)4個月的(de)實驗(yan)，分(fen)析了(le)實驗(yan)數據，特別是對(dui)膜的(de)質量做了(le)分(fen)析。我們猜測，編輯希(xi)(xi)望(wang)看到更多證明金剛石(shi)膜質量優異性(xing)的(de)證據，我們就(jiu)盡量補充相應內容(rong)。”褚智勤表示。

       補充數據(ju)、整(zheng)理參考文獻、增加總結(jie)性圖表(biao)……論(lun)文多出了好(hao)幾十(shi)頁的新內(nei)容。當做(zuo)好(hao)萬全的準(zhun)備后，2024年4月研究團隊再次(ci)投(tou)出文章(zhang)。又經歷(li)兩輪(lun)修改后，文章(zhang)終于在2024年10月被接收(shou)，并(bing)于近(jin)期發表(biao)。

       “在(zai)這(zhe)個(ge)過程中真的要擺正心(xin)態。這(zhe)就好比參加考(kao)試，如(ru)果你是為了(le)考(kao)試而(er)考(kao)試，這(zhe)個(ge)過程一定是痛苦(ku)的。如(ru)果先不考(kao)慮結果如(ru)何(he)，而(er)是把(ba)重點放在(zai)復(fu)習上，你就會(hui)有很多(duo)思(si)考(kao)，各方面的能力都會(hui)得到提升。”褚(chu)智勤說。

       對科研保持純粹的熱愛

       “不浮(fu)躁，踏(ta)踏(ta)實實地(di)做好每(mei)一(yi)件瑣碎的事，完(wan)成每(mei)一(yi)個小目標。”這是褚智勤的科研觀。

       這些觀(guan)念的(de)(de)形成源于他(ta)博士后階段的(de)(de)導(dao)師、德(de)國斯圖加特大學教授Joerg Wrachtrup—— 一位(wei)量子探測領域泰斗級的(de)(de)科學家。“只要(yao)不出差，他(ta)都‘泡(pao)’在研(yan)究所里(li)。早上(shang)八(ba)(ba)點準(zhun)時到辦公室，晚上(shang)八(ba)(ba)九點才離開。他(ta)把所有(you)的(de)(de)熱情都投(tou)入到科學研(yan)究中(zhong)。”褚智(zhi)勤說。

       Joerg Wrachtrup對科研(yan)的(de)(de)這份純粹(cui)的(de)(de)熱愛，深(shen)深(shen)感染著褚智勤(qin)，有一(yi)件事情一(yi)直讓他(ta)(ta)記(ji)憶猶新。“有一(yi)次，他(ta)(ta)到實驗室找我(wo)，說想看(kan)一(yi)下(xia)我(wo)的(de)(de)實驗筆記(ji)，但(dan)看(kan)過之(zhi)后很(hen)不滿意，認為實驗筆記(ji)不夠詳細。他(ta)(ta)把我(wo)叫到辦(ban)公室，從柜子里翻出厚厚一(yi)沓當年他(ta)(ta)讀博時的(de)(de)實驗筆記(ji)。我(wo)看(kan)到上(shang)面手寫的(de)(de)密密麻麻、清晰又詳細的(de)(de)筆記(ji)時，很(hen)受觸動。”

       導師的(de)言傳身(shen)教深深影(ying)響了褚智勤。“科研起步時(shi)，我會對每一位(wei)學生說，要(yao)做一些具體的(de)、小的(de)項目。目標不要(yao)‘高大上(shang)’，從比較(jiao)務實(shi)的(de)目標著手，一點點往前走。而且，我希(xi)望(wang)學生是(shi)發(fa)自內心地熱愛科研。做科研面對失敗是(shi)常態，我很看重學生是(shi)否可以穩住負(fu)面情(qing)緒、戒(jie)驕戒(jie)躁，在周圍人都不看好(hao)的(de)情(qing)況(kuang)下(xia)，冷(leng)靜地扭轉局面、逆流(liu)而上(shang)，開辟出一片(pian)新天地。”褚智勤說。