你知道嗎？我們日常生活中離不開的芯片、石英鐘表、甚至治療白內障的人工晶體，都依賴于一項關鍵技術 ——晶體制備。但在微觀世界里 “搭房子” 談何容易？當傳統方法遭遇瓶頸，一群中國科學家用 “頂竹筍” 的巧思，開辟了全新的科研賽道！
當 “蓋房子” 遇見 “頂竹筍”
想象一下，原子就像搭積木的小顆粒，傳統晶體制備就像在桌面上一層層 “蓋房子”，但隨著層數增加，“積木” 容易歪扭、缺陷堆積，最終 “房子” 會坍塌。
北大劉開輝教授團隊卻顛覆了這一模式：他們讓原子從 “地基”（金屬表面）與第一層晶體的縫隙中 “鉆” 進去，像竹筍頂著上方土層拔節生長，每一層都被穩穩 “頂起”，缺陷不再累積，反而被 “甩在身后”！
這種被稱為 **“晶格傳質 — 界面生長” 的新范式 **，讓晶體生長速度提升至每分鐘 50 層，還能實現 30 萬層的超厚制備，相當于在頭發絲寬度內 “疊” 出 3000 層晶體！
劉開輝課題組長期從事量子材料制備與光學器件物理研究，擅長發展全新的方法和開發先進的技術以實現科學突破和技術創新。團隊自主設計米級單晶制造裝備、搭建單個量子材料單元水平的超快光譜學表征系統、開發量子材料光學器件。近年來，在二維量子材料表界面生長調控，米級單晶薄膜通用制造技術，表界面耦合物理及量子器件、光學芯片和聲學芯片方向取得了系列研究進展。近年來發表SCI論文200余篇 (google引用率>20,000，h因子76)，其中包括通訊/第一作者文章：Nature (3篇)，Science(3篇), Nature子刊(23篇), PRL(2篇)等。
故事要從 2019 年的一次 “意外” 說起 ——
博士生張志斌在處理單晶銅箔時，偶然在鎳箔上發現一層黑色物質：竟是極難制備的厚層單晶石墨！要知道，石墨天生 “易分層”，過去連 1 微米的單晶石墨都難倒眾人，而團隊硬是把厚度 “懟” 到了 35 微米，實現10 萬層單晶石墨烯的制備！
這項突破不僅讓中國在高端石墨材料上擺脫進口依賴，更讓世界看到：原來晶體可以既 “薄如蟬翼” 又 “厚比磚石”，為芯片集成度突破 2 納米極限提供了全新可能！
科研密碼：在 “谷底與高峰” 間種樹
“科研就像擰螺絲，要耐得住重復，更要敢想敢試。” 劉開輝說。
從北師大到中科院，從凝聚態物理到光學交叉領域，他帶領 40 人團隊在 “材料制備” 與 “超快光學” 兩條戰線上深耕。當別人追求 “短平快”，他們用 5 年時間吃透 “頂竹筍” 背后的量子力學原理，最終讓氮化硼、硫化鉬等 9 種二維晶體都能 “挺直腰桿” 生長。
正如竹筍生長需要漫長的地下扎根，他們的成果也藏著無數次失敗：管式爐里的 “意外發現”，是成百上千次實驗的偶然；30 萬層的紀錄，是 “把冷板凳坐熱” 的必然。
青年科學家說：把人生 “長” 進科研里
“基礎學科的突破，能帶來百年科技紅利。”
在北大課堂上，劉開輝這樣告訴學生。他自己也在用行動詮釋：從教學一線到實驗室，從追熱點到啃 “硬骨頭”，科研的魅力就在于 “把有限的人生，投入到無限的探索中”。
當 “頂竹筍” 的晶體生長時，何嘗不是中國科研自立自強的縮影？從跟跑到領跑，需要更多像劉開輝團隊這樣的 “科研竹鞭”—— 在黑暗中積蓄力量，在突破時驚艷世界。
致敬中國科研人，讓我們期待更多 “從 0 到 1” 的奇跡，像晶體一樣，在自主創新的土壤里，層層生長，閃閃發光！
5月23-25日，“2025先進銅基材料創新應用論壇”將于浙江·寧波東港喜來登酒店舉辦，本次活動有幸邀請到 北京大學物理學院凝聚態物理與材料物理研究所所長 劉開輝教授 蒞臨現場，并作《原子制造單晶銅材》的主題報告分享。歡迎大家關注并參與活動。
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“2025先進銅基材料創新應用論壇”將以先進銅基材料應用為切入點，呈現先進銅基材料的技術前沿、工程應用和科學研究，活動將薈聚機理、材料、器件、產品、技術、裝備到工程應用等全產業鏈環節，聚焦先進銅基材料在3D打印、AI、數據中心、5G、新能源等領域的未來應用開發，著力促進企事業單位之間緊密交流與合作，也積極助力企業的技術革新和銅材料產業的可持續發展。
