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，實際做起來困難更多。

       兩年時間沒有任何進展，香港大學副教授褚智勤一度想“砍掉”這個課題。但科研本就需要勇闖“無人區(qū)”。“就看愿不愿意下血本，簡單的事沒什么風險，當然也不會有大收益。雖然很難，但我們還是想拼一拼。”褚智勤說，“我覺得人生就應該賭一把。”

       他賭贏了。歷時5年，這個課題終于“結(jié)果”了。

       褚智勤團隊聯(lián)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(chuàng)了一種金剛石剝離技術，可獲得超薄且超柔韌的金剛石膜——它就像一張紙一樣可以卷起來。近期，相關研究成果發(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年諾貝爾物理學獎。20年后，我們首次實現(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祥說。

       時間指針撥回到2019年。一直聚焦于金剛石材料和相應量子探測研究的褚智勤，很想用金剛石實現(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想。第二年新招進組的一位博士后接下了這個課題，但兩年下來，幾乎沒有收獲。最終，這位博士后離開了課題組，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，他把這個自己非常看重的課題交給了當時的博士生景紀祥。

       很長時間里，景紀祥絞盡腦汁，無論用什么辦法，都無法得到平整的金剛石膜。直到有一次，景紀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了。他靈光一閃：“能不能直接用剝離的方法把膜揭下來？”

       實際上，這個想法有些反直覺。畢竟金剛石很硬、脆性高，不太可能實現(xiàn)。但褚智勤認為，這個瘋狂的想法值得一試。

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

       這張膜非常完美。論文中描述的金剛石膜為兩英寸，實際上，他們已經(jīng)能在實驗室剝離出超過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。這種柔性非常重要，我們可以通過力學形變來調(diào)控一些性能。金剛石需要摻雜某種元素才能變成半導體，而金剛石半導體摻雜研究一直比較困難。現(xiàn)在，我們通過形變就能實現(xiàn)金剛石半導體性質(zhì)的調(diào)控，這完全可以開辟出一條全新賽道。”褚智勤說。

       這一研究為大規(guī)模生產(chǎn)高質(zhì)量金剛石膜開辟了新路徑，具有巨大的潛在應用價值。“金剛石膜展現(xiàn)了很多優(yōu)異的性能，相信未來會在電子、光子、機械、熱學、聲學和量子領域大放異彩。”景紀祥表示。

       被拒時，心態(tài)最重要

       這項研究可謂是領域內(nèi)的一個重大突破。投稿之前，褚智勤堅定地認為，相關論文應該發(fā)表在一個影響力高的平臺。

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

       褚智勤和合作者始終堅信這項研究的重要性。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》編輯回復說，還有一些內(nèi)容沒講清楚、有一些測試沒有做，所以論文可能達不到發(fā)表的水平。

       雖然被拒，但研究團隊從拒稿信里看到了些許希望。“研究的確還欠缺一些實質(zhì)性內(nèi)容，所以在收到拒稿信后，我們又補做了4個月的實驗，分析了實驗數(shù)據(jù)，特別是對膜的質(zhì)量做了分析。我們猜測，編輯希望看到更多證明金剛石膜質(zhì)量優(yōu)異性的證據(jù)，我們就盡量補充相應內(nèi)容。”褚智勤表示。

       補充數(shù)據(jù)、整理參考文獻、增加總結(jié)性圖表……論文多出了好幾十頁的新內(nèi)容。當做好萬全的準備后，2024年4月研究團隊再次投出文章。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。

       “在這個過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，這個過程一定是痛苦的。如果先不考慮結(jié)果如何，而是把重點放在復習上，你就會有很多思考，各方面的能力都會得到提升。”褚智勤說。

       對科研保持純粹的熱愛

       “不浮躁，踏踏實實地做好每一件瑣碎的事，完成每一個小目標。”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師、德國斯圖加特大學教授Joerg Wrachtrup—— 一位量子探測領域泰斗級的科學家。“只要不出差，他都‘泡’在研究所里。早上八點準時到辦公室，晚上八九點才離開。他把所有的熱情都投入到科學研究中。”褚智勤說。

       Joerg Wrachtrup對科研的這份純粹的熱愛，深深感染著褚智勤，有一件事情一直讓他記憶猶新。“有一次，他到實驗室找我，說想看一下我的實驗筆記，但看過之后很不滿意，認為實驗筆記不夠詳細。他把我叫到辦公室，從柜子里翻出厚厚一沓當年他讀博時的實驗筆記。我看到上面手寫的密密麻麻、清晰又詳細的筆記時，很受觸動。”

       導師的言傳身教深深影響了褚智勤。“科研起步時，我會對每一位學生說，要做一些具體的、小的項目。目標不要‘高大上’，從比較務實的目標著手，一點點往前走。而且，我希望學生是發(fā)自內(nèi)心地熱愛科研。做科研面對失敗是常態(tài)，我很看重學生是否可以穩(wěn)住負面情緒、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，開辟出一片新天地。”褚智勤說。