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贾征楠
中国科学院物理研究所和松山湖材料实验室联培博士
从追跑到领跑:二维金属的中国“破壁”
大家好!我是来自中国科学院物理研究所、松山湖材料实验室的贾征楠。
首先,我想请大家跟我一起做两个小实验。如果现在我们面前有一个千层饼,我们要如何得到其中一层呢?或许大家已经想到,只要足够细心再配上些运气,我们总能撕出一张单层饼。但如果是一个面团,我们要如何从中直接抽出一张饼呢?这是一个困扰全球科研工作者数十年的难题。今年年初,我们团队在国际学术顶刊《Nature》上发表了一项成果,立刻引起全球科学界和国际同行的惊叹。我们解决的,正是从一个金属团中直接抽出一层原子的世界难题,“国际首次”“中国创造”“最薄金属新纪录”成为评论热词。您猜猜看,到底是多薄的金属?答案就是,我们头发丝直径的20万分之一。您可不要小瞧了这薄薄的金属片,这为人类探索物质世界打开了全新维度。
自从2004年,英国科研团队发现世界上第一个二维材料——石墨烯以来,无数团队投身二维材料的研究。在一个热门且竞争激烈的领域,一步快,步步快,国外科研团队一直处于领先地位。我们追赶数年,却从未超越,甚至有些成果在我们还没来得及总结,就已被别的团队发表。我们曾无数次自问,“难道就甘心一直追随国外研究团队的步伐吗?”
2015年,怀揣着对科学的无限热爱以及立志要领跑全球科研界的决心,团队另辟蹊径,决心从零到一,开辟二维金属研究新领域。那时,国际权威学术论文认为:“二维金属无法存在”,人们对于二维金属在超导、拓扑、量子等领域的新奇现象也仅停留在畅想阶段。没有参考资料,没有现成设备,没有实验方案,一切都要从零构思,质疑声此起彼伏。从零到一的残酷,就是你根本不知道这条道路要如何才能成功,甚至都不知道能不能成功,但我们团队带头人张广宇研究员总说:“我们做科研,就是要做别人做不到的,别人不敢做的东西。既然没人走过,我们就一起踏出一条路!”
2018年,在数千次实验、上万个实验数据的验证下,团队提出“范德华挤压技术”设想,但遇到卡脖子难题:能挤压纳米级金属的耐高温高平整钢板,全世界都没有。我们同百家企业沟通方案,得到的回复总是“别想了,不可能的”。
“没人做设备,我们就自己造!”八十天里,实验室变成了“手工车间”。研究员、博士生、工程师轮班抱着砂纸打磨钢板。手指震得发麻,血泡破了又长,但从没人喊停。八十个日夜,我们像磨豆腐一样,在原有设备的基础上手动磨出了一个超高平整表面,但科研攻关不会如此简单,我们欣喜之时却发现,再平整的表面在我们高压强的实验条件下也会日渐受损,这个问题一直萦绕在我们的脑海中,直到有一天在制作三明治的时候我们发现,同样的力去挤压三明治,厚三明治中果酱的均匀程度会好于薄三明治,这给了我们极大的灵感,记得那时我们顾不上吃刚做好的新鲜三明治,立马飞奔到实验室搭建机械三明治,当实验结果证明这真的有效时,我们非常自豪,因为我们仅以五万元的价格就达到国外数百万元设备的效果,用中国科研人的智慧,创造了一个看似不可能的奇迹!技术攻关的第一步,可算是迈过去了。
挤压金属的过程像场“纳米级接力赛”。前一百次实验,10纳米相当于17层原子厚的金属膜让团队看到希望。“再薄一层!”成了那时我们的口头禅。
2022年的一个冬夜,记不清多少次实验后,我们在显微镜下注意到,一个5微米大小从未出现过的蓝灰色区域,我们心跳加快,总感觉有什么东西将要破土而出。“快测厚度!”我们抱着样品兴奋地冲向仪器,凌晨1点的实验室里,当“0.62纳米”的数字跳出时,“成了!成了!我们成了!”——这不是某个人的欢呼,而是整个团队十年坚守的共鸣。值得一提的是,英国研究团队的方法只对不到3%的材料有效,而我们的方法彻底打开了整个材料世界。那一刻,我们知道,“十年追跑,这次,该我们领跑了!”
十年磨砺,终启新元。未来,二维金属将会是科技与产业进步的又一重要平台。举例来说,科学方面,玻璃态本质的问题或将得到答案,产业方面,有望构建超薄超小晶体管,延续芯片制造的摩尔定律,因为二维金属的出现,芯片制造、航空航天、量子计算、生物医学等尖端领域,将由我们中国开启科技制造的新纪元。
习近平总书记强调,“高新技术是讨不来、要不来的”。面对封锁与质疑,我们中国人偏要闯出一条自己的路!当国外媒体惊叹“中国创造金属新维度”时,我们用一摞摞密密麻麻的实验记录、一代代人接力绘制的攻坚图谱,把“自力更生”四个字,刻成震撼世界的科研丰碑!如今,在粤港澳大湾区的实验室里,我们接过前辈的笔记本,与时间赛跑,誓要“把科研的命脉,掌握在我们中国人自己手中”,科研的道路从不平坦,但中国科研人永远敢为人先,以星火燎原之志,在无人之境点燃创新的烈焰!
来源:广东宣讲
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