像纸一样！金刚石膜“卷”起来了

　　■中国科学报记者 张晴丹

　　从金刚石这种无比坚硬的材料上剥离出大片完整的膜，听起来像天方夜谭，实际做起来困难更多。

　　两年时间没有任何进展，香港大学副教授褚智勤一度想“砍掉”这个课题。但科研本就需要勇闯“无人区”。“就看愿不愿意下血本，简单的事没什么风险，当然也不会有大收益。虽然很难，但我们还是想拼一拼。”褚智勤说，“我觉得人生就应该赌一把。”

　　他赌赢了。历时5年，这个课题终于“结果”了。

　　褚智勤团队联合香港大学教授林原、北京大学教授王琦、南方科技大学助理教授李携曦，开创了一种金刚石剥离技术，可获得超薄且超柔韧的金刚石膜——它就像一张纸一样可以卷起来。近期，相关研究成果发表于《自然》。

　　世界首次

　　“2004年安德烈·海姆和康斯坦丁·诺沃肖洛夫首次用胶带剥离出石墨烯，斩获2010年诺贝尔物理学奖。20年后，我们首次实现了碳材料家族的另一位成员——金刚石薄膜的大规模剥离。”论文第一作者、褚智勤课题组的景纪祥说。

　　时间指针拨回到2019年。一直聚焦于金刚石材料和相应量子探测研究的褚智勤，很想用金刚石实现一些功能。他与李携曦提出制备大面积平整的金刚石膜的设想。第二年新招进组的一位博士后接下了这个课题，但两年下来，几乎没有收获。最终，这位博士后离开了课题组，另找了一份工作。

　　金刚石，不仅是珠宝界的明星，也是电子和光子材料中的“珠穆朗玛峰”。金刚石膜一旦制备成功便能大有作为。褚智勤不想就此放弃，他把这个自己非常看重的课题交给了当时的博士生景纪祥。

　　很长时间里，景纪祥绞尽脑汁，无论用什么办法，都无法得到平整的金刚石膜。直到有一次，景纪祥不小心碰破了金刚石块，发现其边角有一小片翘起来了。他灵光一闪：“能不能直接用剥离的方法把膜揭下来？”

　　实际上，这个想法有些反直觉。毕竟金刚石很硬、脆性高，不太可能实现。但褚智勤认为，这个疯狂的想法值得一试。

　　通过不断调整参数，他们似乎找到了一些可行性。“简单来说，就是先破坏金刚石的一个边缘，暴露出一个‘新鲜’的缺口，从这个最优‘窗口’的某个特定角度，用力学手段剥离出一大片完整的金刚石膜。这是纯物理方法，不涉及溶液和化学过程，因此剥离出来的生长面完好。”褚智勤说。

　　这张膜非常完美。论文中描述的金刚石膜为两英寸，实际上，他们已经能在实验室剥离出超过4英寸的金刚石膜。更让人惊喜的是，金刚石膜不仅非常薄，还是一张柔性膜，表现出卓越的性能。

　　“它可以像一张纸一样卷起来。这种柔性非常重要，我们可以通过力学形变来调控一些性能。金刚石需要掺杂某种元素才能变成半导体，而金刚石半导体掺杂研究一直比较困难。现在，我们通过形变就能实现金刚石半导体性质的调控，这完全可以开辟出一条全新赛道。”褚智勤说。

　　这一研究为大规模生产高质量金刚石膜开辟了新路径，具有巨大的潜在应用价值。“金刚石膜展现了很多优异的性能，相信未来会在电子、光子、机械、热学、声学和量子领域大放异彩。”景纪祥表示。

　　被拒时，心态最重要

　　这项研究可谓是领域内的一个重大突破。投稿之前，褚智勤坚定地认为，相关论文应该发表在一个影响力高的平台。

　　“我们当时对顶刊做了分析，觉得《科学》可能更喜欢这种突破常规思维的内容。”褚智勤说。于是在2023年11月，他们把论文投给了《科学》。虽然送审很快，但反馈的结果令人沮丧。3位审稿人的意见大相径庭。第一位审稿人极尽赞赏；第二位审稿人极力反对，认为金刚石材料没有特别大的用处；第三位审稿人认为文章很有趣，但不适合在《科学》发表。

　　褚智勤和合作者始终坚信这项研究的重要性。2024年1月，他们将文章转投《自然》，结果又吃了一记闭门羹。《自然》编辑回复说，还有一些内容没讲清楚、有一些测试没有做，所以论文可能达不到发表的水平。

　　虽然被拒，但研究团队从拒稿信里看到了些许希望。“研究的确还欠缺一些实质性内容，所以在收到拒稿信后，我们又补做了4个月的实验，分析了实验数据，特别是对膜的质量做了分析。我们猜测，编辑希望看到更多证明金刚石膜质量优异性的证据，我们就尽量补充相应内容。”褚智勤表示。

　　补充数据、整理参考文献、增加总结性图表……论文多出了好几十页的新内容。当做好万全的准备后，2024年4月研究团队再次投出文章。又经历两轮修改后，文章终于在2024年10月被接收，并于近期发表。

　　“在这个过程中真的要摆正心态。这就好比参加考试，如果你是为了考试而考试，这个过程一定是痛苦的。如果先不考虑结果如何，而是把重点放在复习上，你就会有很多思考，各方面的能力都会得到提升。”褚智勤说。

　　对科研保持纯粹的热爱

　　“不浮躁，踏踏实实地做好每一件琐碎的事，完成每一个小目标。”这是褚智勤的科研观。

　　这些观念的形成源于他博士后阶段的导师、德国斯图加特大学教授Joerg Wrachtrup—— 一位量子探测领域泰斗级的科学家。“只要不出差，他都‘泡’在研究所里。早上八点准时到办公室，晚上八九点才离开。他把所有的热情都投入到科学研究中。”褚智勤说。

　　Joerg Wrachtrup对科研的这份纯粹的热爱，深深感染着褚智勤，有一件事情一直让他记忆犹新。“有一次，他到实验室找我，说想看一下我的实验笔记，但看过之后很不满意，认为实验笔记不够详细。他把我叫到办公室，从柜子里翻出厚厚一沓当年他读博时的实验笔记。我看到上面手写的密密麻麻、清晰又详细的笔记时，很受触动。”

　　导师的言传身教深深影响了褚智勤。“科研起步时，我会对每一位学生说，要做一些具体的、小的项目。目标不要‘高大上’，从比较务实的目标着手，一点点往前走。而且，我希望学生是发自内心地热爱科研。做科研面对失败是常态，我很看重学生是否可以稳住负面情绪、戒骄戒躁，在周围人都不看好的情况下，冷静地扭转局面、逆流而上，开辟出一片新天地。”褚智勤说。

　　相关论文信息：

　　https://doi.org/10.1038/s41586-024-08218-x

　　《中国科学报》 (2025-01-07 第1版 要闻)