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“兩天兩篇頂刊”：中國(guó)科學(xué)家的極限挑戰(zhàn)

2025年3月，中國(guó)科學(xué)院物理研究所張廣宇研究員的團(tuán)隊(duì)在48小時(shí)內(nèi)連續(xù)于《自然》和《科學(xué)》兩大頂級(jí)期刊發(fā)表兩項(xiàng)突破性成果——這是全球材料科學(xué)界罕見(jiàn)的“雙響炮”。團(tuán)隊(duì)不僅制備出厚度僅為頭發(fā)絲二十萬(wàn)分之一的二維金屬材料，還首次實(shí)現(xiàn)了單一手性碳納米管陣列的范德華晶體生長(zhǎng)。這兩項(xiàng)研究，一項(xiàng)填補(bǔ)了二維材料家族的空白，另一項(xiàng)攻克了碳納米管領(lǐng)域沉積20余年的“手性控制”難題，被國(guó)際同行評(píng)價(jià)為“材料科學(xué)的里程碑式突破”35。

“壓扁金屬”的浪漫想象
張廣宇團(tuán)隊(duì)提出的“范德華擠壓技術(shù)”，靈感源于對(duì)物質(zhì)極限的浪漫追問(wèn)：“如果把一塊邊長(zhǎng)3米的金屬壓成單原子層，能鋪滿整個(gè)北京嗎？”答案是肯定的。他們通過(guò)原子級(jí)精密操控，將鉍、錫等金屬“壓扁”至單原子厚度，厚度僅0.3納米，相當(dāng)于A4紙的百萬(wàn)分之一。這種二維金屬不僅具備超常的導(dǎo)電性和催化活性，更可能催生透明顯示器、超微型晶體管等未來(lái)技術(shù)?！熬拖袢S金屬曾引領(lǐng)青銅與鐵器時(shí)代，二維金屬或許會(huì)開(kāi)啟人類文明的下一階段?！眻F(tuán)隊(duì)成員杜羅軍研究員如是說(shuō)3。

與諾獎(jiǎng)得主的“跨時(shí)空對(duì)話”
另一項(xiàng)關(guān)于碳納米管的研究，則是一場(chǎng)跨越24年的科學(xué)接力。2001年諾貝爾獎(jiǎng)得主Richard Smalley曾提出“如何制備單一手性碳納米管晶體”這一世紀(jì)難題，全球無(wú)數(shù)團(tuán)隊(duì)鎩羽而歸。張廣宇團(tuán)隊(duì)聯(lián)合上海交大、浙江大學(xué)等機(jī)構(gòu)，獨(dú)辟蹊徑開(kāi)發(fā)“滑移自組裝”技術(shù)，在六方氮化硼基底上實(shí)現(xiàn)了碳納米管的完美排列。實(shí)驗(yàn)室內(nèi)，當(dāng)首片碳納米管范德華晶體在顯微鏡下顯現(xiàn)時(shí)，團(tuán)隊(duì)成員形容“仿佛看到無(wú)數(shù)根納米管在跳一支整齊的華爾茲”3。這項(xiàng)成果制造的晶體管電子遷移率高達(dá)2000 cm2/(V·s)，為碳基芯片的產(chǎn)業(yè)化撕開(kāi)一道曙光。

“非典型科學(xué)家”的成長(zhǎng)軌跡

張廣宇的科研之路充滿“反差感”。這位出生于1977年的山東學(xué)者，本科時(shí)主修理論物理，卻因癡迷于“親手創(chuàng)造新材料”轉(zhuǎn)向?qū)嶒?yàn)領(lǐng)域。在美國(guó)斯坦福大學(xué)做博士后期間，他常泡在實(shí)驗(yàn)室至凌晨，被同事戲稱“納米管上的夜貓子”。2008年回國(guó)后，他帶領(lǐng)團(tuán)隊(duì)從零搭建實(shí)驗(yàn)室，一度因設(shè)備簡(jiǎn)陋只能用“土法”改造儀器。“最困難時(shí)，我們連高質(zhì)量基底材料都買不起，只能自己摸索合成方法。”他回憶道3。

團(tuán)隊(duì)里的“破壁青年”
在這支平均年齡35歲的團(tuán)隊(duì)中，青年科學(xué)家是絕對(duì)主力。博士生姜曉晨為調(diào)試二維金屬的擠壓參數(shù)，連續(xù)三個(gè)月每天工作16小時(shí)，記錄下2000多組數(shù)據(jù)；副研究員李昊楠為捕捉碳納米管生長(zhǎng)瞬間，在電鏡室蹲守三天，最終拍下“納米管從基底上如春筍般萌發(fā)”的珍貴影像。張廣宇常對(duì)團(tuán)隊(duì)說(shuō)：“做科研就像跑馬拉松，比的不是瞬間爆發(fā)力，而是持續(xù)突破極限的韌性?！?span id="5df7rvjl" class="ds-markdown-cite" style="vertical-align: middle; font-variant-numeric: tabular-nums; font-variant-east-asian: normal; font-variant-alternates: normal; font-variant-position: normal; font-variant-emoji: normal; box-sizing: border-box; cursor: pointer; background: rgb(229, 229, 229); border-radius: 9px; flex-shrink: 0; justify-content: center; align-items: center; height: 18px; margin-left: 4px; padding: 0px 6px; font-size: 12px; display: inline-flex; position: relative; top: -2px;">3

從實(shí)驗(yàn)室到產(chǎn)業(yè)化的“最后一公里”

在基礎(chǔ)研究高歌猛進(jìn)的同時(shí)，團(tuán)隊(duì)始終緊盯應(yīng)用轉(zhuǎn)化。二維金屬材料已與多家企業(yè)合作開(kāi)發(fā)高頻通信器件原型，而碳納米管陣列技術(shù)正被用于某國(guó)產(chǎn)芯片企業(yè)的試驗(yàn)線。張廣宇坦言：“科學(xué)家不能只滿足于發(fā)論文，更要讓成果走出實(shí)驗(yàn)室，解決卡脖子問(wèn)題?！?023年，他因在低維材料領(lǐng)域的貢獻(xiàn)成為中科院院士候選人，卻謙稱：“榮譽(yù)屬于整個(gè)團(tuán)隊(duì)，我們只是站在巨人肩膀上多墊了一塊磚?！?span id="5df7rvjl" class="ds-markdown-cite" style="vertical-align: middle; font-variant-numeric: tabular-nums; font-variant-east-asian: normal; font-variant-alternates: normal; font-variant-position: normal; font-variant-emoji: normal; box-sizing: border-box; cursor: pointer; background: rgb(229, 229, 229); border-radius: 9px; flex-shrink: 0; justify-content: center; align-items: center; height: 18px; margin-left: 4px; padding: 0px 6px; font-size: 12px; display: inline-flex; position: relative; top: -2px;">34

結(jié)語(yǔ)：科學(xué)精神的溫度
48小時(shí)連發(fā)兩篇頂刊的背后，是20年的技術(shù)積累、數(shù)千次實(shí)驗(yàn)失敗與一群科學(xué)家對(duì)未知的純粹熱愛(ài)。正如張廣宇在采訪中所說(shuō)：“科研最美的瞬間，不是論文被接收的那一刻，而是黑暗中突然看見(jiàn)一束微光——那道光可能照亮人類認(rèn)知的邊界，而我們恰好成為了追光的人。”3