文｜《中国科学报》记者张晴丹
从钻石（金刚石）这种无比坚硬的材料上剥离出大片完整的膜，听起来就像天方夜谭，实际的困难更多。两年时间没有任何进展，香港大学副教授褚智勤组里承接该课题的一位博士后，选择了放弃并离开。
没人能做出来！褚智勤也一度想砍掉这个课题。
但科研本身就是需要在无人区驰骋。“就看愿不愿意下血本，简单、易做的事情没什么风险，当然也不会有大的收益。虽然很难，但我们还是想拼一拼。”褚智勤说，“我觉得人生就应该去赌一把。”
他赌赢了。这个差点要放弃的课题，历时5年终于结了果。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，开创了一种革命性的金刚石剥离技术。应用这一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。相关研究近日发表于Nature。
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在世界上首次实现，应用价值巨大
“我们的文章上线了！”论文第一作者、褚智勤课题组的博士生景纪祥（目前为课题组博后）第一时间在朋友圈分享了喜悦的心情。
“自2004年，Andre Geim和Konstantin Novoselov首次用胶带剥离出石墨烯，引领二维材料热度至今，其间两人因此斩获2010年诺贝尔物理学奖。20年后，我们首次实现了碳材料家族另一位成员——金刚石薄膜的大规模剥离。”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，很想用金刚石来实现一些功能。他与李携曦提出了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后来的博士生景纪祥。
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。往前的每一条路似乎都通向死胡同。直到有一次，景纪祥在实验室偶然发现了一个现象，让这项止步不前的研究有了希望。
那天，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。他突然灵光一闪：“能不能直接用剥离的方法把膜揭下来呢？”
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。就是这样一个疯狂的想法，褚智勤却认为值得一试。
通过不断调整参数，他们似乎找到了一些可行性。“简单地说，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，用力学手段轻松剥离出一大片完整的金刚石膜。这是纯物理方法，涉及不到溶液和化学过程，因此剥离出来的生长面完好。”褚智勤说。
这张膜非常完美，很平整、比较大片。论文中描述的是两英寸，但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。更惊喜的是，这张金刚石膜不仅非常薄，还是一个柔性膜，表现出卓越的特性。
“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。现在我们通过一些形变调控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的赛道。”褚智勤说。
这一重磅研究具有巨大的潜在应用价值，为大规模生产高质量金刚石膜开辟了新路径。“金刚石膜展现了诸多优异的性能。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Science拒稿，转投Nature又被拒
这项研究可称是同领域内的一个重大突破。投稿之前，褚智勤就坚定地认为这篇文章应该在一个更高的平台发表，才能体现研究的价值。
“我们当时对顶刊做了分析，觉得Science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Science。虽然送审很快，但反馈回来的结果有些令人沮丧。三位审稿人的意见大相径庭。第一位审稿人极尽赞赏；第二位审稿人却极力反对，他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Science发表。
褚智勤尽了最大努力去争取，想说服Science编辑。然而，编辑回复说经过深入地讨论，最终艰难地做出放弃这篇文章的决定。
褚智勤和合作者始终坚信这项研究的重要性。他们在2024年1月，将文章转投到Nature，却又吃了一记闭门羹。
文章在第一轮时并未被送审。Nature编辑直接拒稿，并回复表示，这篇文章还有一些内容没讲清楚，有一些测试还没有做，所以可能达不到发表的水平。
虽然被拒，但研究团队从拒稿信里能感受到编辑对这项工作的喜欢，看到了些许的希望。
“研究的确还欠缺一些实质性的内容，所以在收到拒稿信后，我们又补做了4个月的实验，分析了多数实验数据，特别是对膜的质量做了分析。我们猜测，编辑希望能看到更多的证据以证明我们的金刚石膜质量的优异性。我们就尽量补充相应的内容。”褚智勤表示。
补数据、整理参考文献、增加总结性的图表……多出了好几十页的新内容。当做好万全的准备后，研究团队再次于今年4月投出文章。文章很快送审，后面的审稿流程也非常顺利。三位审稿人都给出了相对正面的意见。在经历两轮修改后，文章终于在10月被接收，在12月发表。
“在这个过程中真的要摆正心态。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。其实最终结果好与坏，自己无法评估，但心态是最重要的。同样是参加考试，如果你先不考虑最后的结果如何，而是把重点放在复习的过程中，全身心投入复习，你就会产生很多思考，人生价值观、经验、认知、科研能力等都会得到提升。”褚智勤说。
对科研，要保持纯粹的热爱
“不浮躁，踏踏实实地做好每一件琐碎的事情，完成每一个小目标。”这是褚智勤做科研的价值观。
他这些观念的形成来源于做博士后期间的导师、德国斯图加特大学教授Joerg Wrachtrup——一位量子探测领域泰斗级的著名科学家。
“我们都很尊重他，欣赏他做科研的态度以及对科学的执着。前一阵，他到香港开会，我约他到港大来看看，其实是想让他放松一下，但被‘无情’地拒绝了。他并不在意吃什么、喝什么、去哪儿玩，也不想聊科学以外的东西。他从会场赶过来跟我聊了两个小时，也都是围绕科学。距晚上的航班还有几个小时，他都会回到酒店房间处理科研相关的事情。”褚智勤说。
而且，这位60来岁的老教授非常喜欢鼓励学生，愿意给年轻人更多机会。“他并不会从比较功利的角度要求学生发文章，更多的是想知道你对科研这件事情是否有热情，你是不是真的是一个非常认真地沉浸在科研世界的人。”褚智勤说。
其实，褚智勤做博士后的时候，遇到过一个非常有挑战性的项目，持续了很长时间，但最终那篇文章因为一些原因没有发表。“这个过程中，我认为一切都值得。因为我积累了很多实验经验，体会了对该领域的脉络分析，与很多研究组建立了很好的联系。虽然当时没有发表一篇Nature和Science，但给我打下了很好的基础。”褚智勤表示。
Joerg Wrachtrup对科研的这份纯粹的热爱，深深感染着褚智勤。“德国人普遍比较懒散，可能工作到下午4点就下班。但他不一样，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。”
有一件事情一直让褚智勤记忆犹新。“有一次，Joerg Wrachtrup到实验室看我的实验进展，说想看一下我的实验笔记，但看过后很不满意，他认为我的实验笔记不够详细。他把我叫到办公室，从柜子里翻出厚厚一沓当年他在读博时记录的实验笔记给我。我看到上面手写的密密麻麻、非常清晰详细的笔记时，很受触动。”褚智勤说。
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导师的言传身教也影响着褚智勤带学生的理念。“所有学生来的时候，我都会跟他们讲要做一些具体的小的项目，从一些比较小的点开始。目标不要高大上，从比较务实的目标着手，一点点往前走。我对每一个学生说，‘我们是一起探索，一起相互配合’。”
“而且，我希望自己的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。当周围人都不看好的情况下，能不能冷静地去扭转局面，能不能逆流而上，开辟一片新的天地。这些是做科研应有的本质。”褚智勤说。
相关论文信息：https://www.nature.com/articles/s41586-024-08218-x
文中图片皆由受访者提供
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