eLight诺奖对话专栏 | 36岁获奖的诺奖得主Konstantin Novoselov

导读

Konstantin Novoselov（康斯坦丁诺沃肖洛夫）教授因在二维材料石墨烯领域的开创性实验，与Andre Geim（安德烈海姆）教授共同荣获2010年诺贝尔物理学奖，并开启了整个二维材料研究领域。年仅36岁即收获诺奖，他做的第一件事情，就是保持实验室日常作息不变，闭口不谈自己的诺奖工作，避免荣誉、讲座和行政将自己的科研湮没，据此，他得以源源不断的产出突出的学术成果。在科研之外，他还是一个绘画艺术家，并多次举办自己的个展，他调侃自己画画也能谋生。他的学术生涯屡次突破常规，本科时因为创立建筑公司几欲辍学，两次从博士退学，第三次方取得学位。他笑谈自己做事从来不循规蹈矩，不征求传统的认同与别人的同意，他认为这也是他和Andre Geim教授敢于挑战传统认知，发现石墨烯的重要原因，因为进步就源于质疑所有人都默认的常识——这可能会带来失败，但也有可能打开别人从未想到的突破之门。

在本次eLight专访中，我们一同回顾石墨烯的发现始末，探讨二维材料发展的核心瓶颈与未来趋势，解析人工智能为材料发现带来的范式变革，同时聆听他对学术生涯和人生哲学的思考，以及对青年科研工作者的寄语。

受访者：Konstantin Novoselov

采访者&翻译：郭宸孜，何应，李天夫，马欲飞，董永康

原文信息：Guo, C., He, Y., Li, T. et al. Nobel Laureate conversation: Konstantin Novoselov. eLight 6, 20 (2026). https://doi.org/10.1186/s43593-026-00138-9

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Q1：2004年，您与安德烈海姆教授通过机械剥离法成功分离出单层石墨烯，这一发现在当时震惊学界、具有划时代意义。能否为我们讲述这一突破背后的故事，以及早期实验中那些意料之外的观察结果？

A1：整个发现其实源于我们实验室标志性的“周五晚间实验”—— 这是安德烈海姆定下的传统，让我们可以探索主流研究方向之外的奇思妙想。当时安德烈觉得做石墨基晶体管会很有意思，而这需要制备出极薄的石墨薄膜。他买来当时价格不菲的石墨，交给一名博士生去打磨成薄片。忙活了一阵子，这名学生只磨出了石墨粉尘，所以我们暂时搁置了这个项目，觉得这条路走不通。

与此同时，我们实验室正在搭建一台扫描隧道显微镜（STM），而石墨是STM的标准校准样品。测量前，大家常用透明胶带粘取来获得新劈开的石墨表面。我摆弄胶带的时候突然想到，或许胶带就是制备薄层石墨的解决方案。一时兴起，我们试着用胶带剥离石墨，仅仅半小时，就做出了第一批薄层石墨器件，之后我们便顺着这个方向深入研究下去。这类偶然的突破，本质上都建立在持续的实验积累与对相关材料体系的不断探索之上。

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Q2：在您的工作发表之前，凝聚态物理界普遍认为，单层二维原子晶体无法在室温环境下独立和稳定的存在。您通过反复尝试将石墨逐步减薄至单层石墨烯。能否回忆一下，您是如何逐步、系统地验证石墨烯热力学稳定性的？

A2：从初步实验到真正得到单层石墨烯，我们花了将近一年时间。最初我们对石墨烯仅有一种共识：它本不该稳定存在。但在研究过程中，我们观测到的量子输运现象与静电栅控效应不断吸引我们深入探索，直到最终分离出真正的单层石墨烯。这种单层晶体能够稳定存在，本身就彻底颠覆了我们最初的认知。

最关键的证据来自编号为K50（单层石墨烯）和K51（双层石墨烯）的两个器件。这两个样品表现出截然不同的量子输运特征——电子行为存在本质差异。对于这种差异，唯一合理的物理解释，就是一个是单原子层，另一个是双原子层堆叠。我们很幸运同时得到了这两个样品，为我们提供了可直接对比的实验证据。即便如此，我们还是做了大量重复测量与对照实验，排除了样品污染、基底干扰等可能的假象，才最终确认单层石墨烯在常温环境下的稳定性。

03

Q3：得益于您的奠基性工作，二维材料家族已极大拓展，远不止石墨烯与传统过渡金属二硫化物（TMDs）。在您看来，哪些新兴二维材料类别凭借其独特的光电特性，会成为未来光子学领域的主流研究方向？

A3：这个领域已经分化出无数细分方向。对于eLight这样聚焦光学与光子学的期刊而言，具有光学活性的二维半导体尤其值得关注，这其中包括发光范德华晶体（含二维铁磁材料）——它们都具备可调带隙与独特的光学参数；此外还有适用于波导与光子器件的各向异性材料等。

这类新材料的突出优势，是其极强的面内与面外各向异性，能实现传统体相半导体无法达到的光学响应。更具潜力的研究方向是人工范德华异质结：如果天然材料无法满足目标功能，你可以从零开始堆叠不同的原子层，定制设计出具备特定光电性能的人工材料。这种自下而上的异质结设计思路，在未来几十年内将持续催生变革性的光学器件。

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Q4：近年来您一直倡导将人工智能（AI）融入材料发现与功能设计。AI将如何重塑、挑战传统的功能二维材料筛选与设计范式？

A4： 目前我们还远未释放人工智能（AI）在材料科学中的全部潜力。传统的第一性原理计算很难预测动态、亚稳态的功能材料——这类材料的性能会在外场刺激下发生变化，其复杂行为长期以来被认为难以通过计算模拟，因此很少有团队尝试对其做理论建模。AI恰好可以填补这一空白，但它的实际落地远没有想象中简单。

早期人们对AI的预期过于乐观，以为通用大语言模型或是简单的指令式AI就能直接输出材料合成方案，但大量尝试后并未取得多少实质性进展。如今整个领域已经回归理性：我们必须打造面向物理材料体系的专用AI平台，而不能依赖通用的文本大模型。我们团队正在构建领域专属的人工智能框架，能够自主检索材料数据库、优化实验制备参数——这是通用AI做不到的。

全球已有很多团队在推进专用的材料AI平台，我始终持乐观态度：未来十年内，这项交叉工具将彻底革新我们的材料发现和设计流程。

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Q5：转角电子学与莫尔超晶格是二维材料的主流方向之一，其被广泛用于探索强关联量子态。目前阻碍该领域发展的核心基础难题与计算瓶颈是什么？

A5：莫尔超晶格能实现对电子能带结构的精准调控，可精细调节材料的输运与光学性能；我们甚至可以通过改变转角与堆叠顺序，调控电子能带的拓扑性质。当前最主要的障碍在于计算复杂度：复杂的莫尔超晶格往往包含数百甚至上千个原子，标准第一性原理方法的计算成本极高，几乎无法实现。

对于转角异质结中观测到的大部分实验现象，我们还只能做定性解释，定量的预测建模基本做不到。莫尔畴区内部细微的原子重构，会进一步提升计算难度。目前还没有一套通用的理论或计算框架，能可靠预测任意莫尔超晶格的量子性质——这一空白是转角电子学研究面临的巨大挑战。

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Q6：您的课题组同时推进基础研究与产业技术转化，您如何平衡这两项工作的优先级？

A6：从根本上说，我们做科研是因为它能带来智识上的兴奋感，满足好奇心驱动的乐趣。产业项目并不是次要的“任务”——我们只参与那些能带来非常规、启发性研究视角，且符合我们核心兴趣的产业合作。

我们本可以拓展更多产业合作，但人的时间每天只有24小时，所以必须精心挑选真正能激发兴趣的项目。很多转化项目需要成立初创公司，这就要求学生和研究者具备创业能力，而这类人才并不容易招募。在我们课题组，基础研究始终是核心优先级，产业工作则作为补充性的探索方向选择性推进。

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Q7： 二维材料研究已发展数十年，您认为制约其产品大规模商业化的核心瓶颈是什么？如果要选出推动其大规模产业落地的三大“杀手级应用”，您会选哪些？

A7： 商业化并没有什么重大技术壁垒，技术本身在按自身节奏稳步推进，每个月都有基于二维材料的新产品问世。最大的隐性障碍是全行业的认知断层：制造工程师与产业技术人员缺乏系统的知识储备，不知道如何将原子级厚度的范德华材料加工、集成并嵌入现有供应链与标准制造流程中。合成出高质量薄片只是第一步，如何无缝融入成熟的工业生产线，对制造商来说仍是一道陡峭的学习曲线。

在光子学与光电子领域，最具影响力的杀手级应用，首推基于二维材料的硅基光子调制器，这将是最具变革性的下一代产品。除光调制器之外，柔性光电子传感器与高性能储能电极，也将在中期成为大规模商用的主流方向。

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Q8：对于有志于科研事业的青年研究者，您有什么建议？

A8：青年研究者首要的是追随自己真正的科研好奇心。如果你热爱化学，就去做化学；如果你喜欢物理，就深耕物理。你甚至可以选择创办光学或石墨烯相关的科技公司——这个领域仍有无限的原创探索空间，没有哪个研究方向是已经饱和的。不要因为资深学者或主流期刊追捧某个热点，就把自己局限在热门方向里。独立的、好奇心驱动的探索，是做出突破性原创工作最可靠的路径。

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Q9：众所周知，您在科研之外还始终保持着对绘画的热爱。您如何平衡艺术与物理这两项爱好？哪一项才是您内心深处真正的热情所在？

A9：我曾认真考虑过放弃科研，做一名全职艺术家。艺术创作极具吸引力，而且靠绘画我也能维持生计。但深思熟虑后我意识到，我始终会保有强烈的科研好奇心，最终还是会回到实验室。从情感层面来说，仅靠艺术无法让我获得完整的满足感；科学探索能满足我核心的智识需求，这是绘画无法替代的。艺术始终是一项重要的补充爱好，能拓宽我的思维边界，但物理才是我毕生的核心追求。

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Q10：eLight的办刊目标是打破传统学科边界，引领光学、材料科学与纳米技术的交叉研究。作为深耕这一交叉领域的先驱，您对期刊践行交叉学科使命有什么建议？

A10：现代科学最激动人心的突破，始终诞生在传统学科的边界上；光学、纳米技术与范德华材料的交叉领域，不断涌现出大量全新的、意料之外的现象。我坚信，光子学领域最具影响力的新发现，都将来自这些交叉界面。我建议eLight继续优先接收跨领域投稿，支持物理学家、材料科学家与光学工程师的合作研究，重点关注新型低维材料与光子器件设计相结合的成果——这是领域的未来所在。

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Q10：您在36岁就获得了诺贝尔物理学奖。获奖之后，给您的学术与个人生活带来的最深刻的正向改变，以及最大的挑战分别是什么？

A10：非常幸运，在诺奖公布当天，就从我的导师、合作者也是挚友的Andre Geim教授那里得到了一条清醒且宝贵的建议：不要让奖项改变你的科研本色与日常节奏。我一直严格遵循这条建议。我在学术报告中从不提及诺贝尔奖，讲座里也只展示 2010 年之后的研究成果，从不讲帮我获奖的石墨烯发现工作。

获奖后的头五年，我刻意保持实验室的日常作息不变，避免偏离实验研究的重心。这个策略很有效，我很快回到了原本的科研节奏，保障了学术产出的连续性。最大的负面影响，是源源不断的公开演讲、媒体与行政事务，碎片化了科研时间。总的来说，最重要的经验是：要把奖项的荣誉象征和你正在进行的科研工作分开——外界的认可替代不了持续、亲身的实验探索。

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Q10：在您的科研生涯中，遇到过的最大的失败是什么？

A10：一路走来我遇到过不少挫折。本科的时候我开过一家建筑公司，差点因此退学。读博期间我退过两次学，第三次才最终读完。我属于那种想做什么就直接去做、不会先征求许可的人。或许正因为如此，当大多数人都认为独立存在的单层二维原子晶体不可能实现时，我依然愿意不惜代价去尝试。有时候，进步就源于质疑所有人都默认的常识——这可能会带来失败，但也有可能打开别人从未想到的突破之门。

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Q10：展望未来5-10年，您的研究蓝图是怎样的？

A10：科学进步从来不会按照刻板的预设蓝图推进。我们会设定适度进取的长期核心目标——未来十年我们的主要方向是研究亚稳态功能范德华材料。但我们始终希望，既定目标会被沿途更有趣的、计划外的实验发现所打破。实验室里那些意外出现的新现象，总会不断调整我们的研究轨迹，而这些偶然的“弯路”往往能带来最具变革性的成果。我们保持项目结构的灵活性，一旦实验中发现令人惊喜的新物理现象，可以快速调整研究方向。

作者介绍：

郭宸孜，博士，编审。任中国科学院长春光学精密机械与物理研究所Light学术出版中心副主任、副总编，两期卓越计划期刊eLight编辑部主任、两期卓越计划领军期刊Light: Science & Applications责任编辑。中国科学院青年创新促进会会员，中国科技期刊编辑学会国际交流与合作工作委员会委员、青委会委员，吉林省科技期刊工作者协会理事。入选中国科技期刊卓越计划优秀百人案例、中国科协和科技日报联合组织的“一流期刊青年说”专题人物，获第三届中国科技期刊青年编辑大赛一等奖、中国科技期刊卓越计划优秀编辑、中国科协优秀科技论文编辑表彰、中国科学院科技出版先进个人奖、中国科学院优秀编辑、长春光机所第二届先进个人等奖项。其授课的课程入选国家专业技术人才知识更新工程的公需科目课件，主持卓越计划项目等国家、省部级项目8项，在Nano Today、Science China Materials、Applied Optics、《编辑学报》等学术期刊发表论文30余篇，作为共同作者出版译著1部（《光学与光子学：美国不可或缺的关键技术》，科学出版社），受邀在国内外学术会议作报告40次。

何应，工学博士，哈尔滨工业大学航天学院副教授。哈工大“神舟青年”人才引进计划入选者。主要研究方向包括直接吸收光谱、光声光谱、新型全波段光探测器件等。已累计发表学术论文30余篇；授权国家发明专利8项；主持国家自然科学基金、黑龙江省自然科学基金、全国重点实验室基金等项目5项；曾获“2024年中国光学工程学会科学技术奖自然科学二等奖”、美国光学学会Optica 2025Outstanding Reviewer recognition、“第十七届王大珩光学奖”等奖项；担任Discover Sensors、Photonics编委，Microwave and Optical Technology Letters、Sensors、Applied Sciences客座编辑，PhotoniX、光子学报、红外与激光工程期刊青年编委，中国光学工程学会光谱技术及应用专业委员会青年委员，“Seed of Light”星光奖学金计划委员会委员。

李天夫，博士，副研究员，任职于哈尔滨工业大学可调谐激光技术国家级重点实验室，主要从事前向受激布里渊散射理论、光纤光力传感、多相检测方向研究。主持国家自然科学基金青年学生基础研究项目（博士研究生）、哈尔滨工业大学点子基金项目 2 项，参与国家重点研发计划、国家自然科学基金等多项国家级科研课题；以第一作者身份在Journal of Lightwave Technology、Chinese Optics Letters、《光电工程》等期刊发表论文9篇，在OFS、LCW、CIOP、ICOCN等国际顶级光学会议多次进行报告，受邀在中国光纤传感大会进行邀请报告，先后斩获 LCW 最佳论文奖、CIOP 优秀学生口头报告奖、ICOCN 最佳学生论文奖；原创布里渊选边放大高效解调方案，实现当前国际报道最优3毫米前向受激布里渊散射空间识别性能，相关技术可实现物质识别、相态传感，在生物分析、微流体监测领域具备重要应用价值。

马欲飞，哈尔滨工业大学航天学院教授(破格)、博士生导师(破格)，长期从事激光光谱技术研究，当选美国光学学会会士(Optica Fellow)，作为负责人主持国家自然科学基金优青、国家自然科学基金重点等项目。担任Photoacoustics、Optics Express、Optics Letters、Chinese Optics Letters、Optical Engineering等10个SCI期刊领域主编/副主编/编委、红外与毫米波学报、光子学报、红外与激光工程编委。以通信作者在Light: Science & Applications、Reports on Progress in Physics等期刊上发表学术论文多篇，担任中国光学工程学会光谱技术及应用专委会副主任。

董永康，教授/博士生导师，国家高层次人才，哈尔滨工业大学校学位委员会委员，科工院副处长，激光空间信息全国重点实验室常务副主任，中国光学工程学会理事，国际著名期刊eLight编委，Optics Letters编委，Photonic Sensors编委，《中国激光》编委。从事光纤与激光传感器基础研究、技术研发和工程应用，取得多项创新性研究成果，并成功应用到国家重大工程中。在Nature旗下期刊Light: Science & Applications、Optica、Laser & Photonics Reviews等国际权威期刊发表论文110余篇，爱思唯尔高被引学者，获黑龙江省自然科学一等奖、中国光学工程学会技术发明一等奖、陕西省科技进步一等奖，主持国家重大科学仪器设备开发专项、国家重点研发计划、国家自然科学基金、大型央企委托项目20余项。