“在年轻一代的科研人员中，我接触到了很多优秀的同辈。这次我和团队所做的工作能得到北京市科学技术奖的认可，我感到很高兴，也深感幸运。”北京量子信息科学研究院执行院长常凯的日常研究工作，是在纳米级尺度的微观领域“盖房子”，研发具有特殊性能的量子材料。作为“建材”的分子在真空环境下飞向样品台，就能自发形成原子级厚度的材料，即二维量子材料。

11月7日，2024年度北京市科学技术奖公布，常凯因近年来在低维量子材料领域取得的成果，获评本届北京市科学技术奖杰出青年中关村奖。

常凯（右）和团队成员讨论实验进展

只有将材料做到原子级尺度，相关的量子效应才会凸显。“借助扫描隧道显微镜，我们能‘摸’清二维量子材料表面的沟壑，找到材料中原子级的缺陷。”常凯解释，这种仪器的针尖只有一个原子，当针尖接近材料表面时，会产生量子隧穿效应。这种特殊的信号能读出材料表面的信息，帮助研究者“看清”材料表面的原子排列规律，以及材料本身是否存在缺陷。

常凯展示了一张扫描隧道显微镜拍摄的硅单晶表面“证件照”，肉眼看起来光滑平整的硅单晶，在原子级成像下，展现出台阶状的表面结构——每个台阶的高度只有大约0.3纳米。

不过，绝大多数时候，拍摄到的材料表面并不完美。“在探索新型材料的过程中，材料的生长技术需要不断摸索，它们可能长成难以预料的奇怪状态，这就需要我们不断调整生长条件。”常凯说，这个过程短则数月，长则数年，参与生长的元素越多，参数调控就越困难。“有些实验需要连续做上几十个小时，仪器内的环境瞬息万变，不等人。在关键节点，我会把办公室搬到实验室去，遇到任何问题都能迅速解决。”

2019年，常凯结束博士后工作回国，选择加入北京量子院，当时他才32岁。作为本市建设的首批新型研发机构，这里的一切都是新的。“我们团队成果的快速产出，离不开北京量子院大团队协同作战的科研模式。”常凯说，他负责的低维量子材料实验室中，每位研究员的专长都各不相同，但大家有着共同的目标，就是将二维量子材料投入量子计算器件的实际应用。“过程中，各领域之间的碰撞产生了很多火花，这样的模式，让大家的视野变得很宽广。”

北京的人才优势，也为科研成果产出提供了深厚土壤。“北京的人才储备，放眼全世界都是很少见的，特别是海淀区，集聚了全国最顶尖的大脑。”常凯感慨，无论团队有怎样天马行空的研发、应用想法，在方圆10公里内都能找到合作者，“这是北京一个无可比拟的优势。”

近年来，常凯团队已成功制备出二维半导体、二维铁电材料等一系列新型二维材料，并解密这些材料中的电子运动规律、原子振动规律等特点。现在，他们正在全力攻坚二维量子材料研发的重要科研仪器——扫描隧道显微镜的国产化研发，期待让仪器的价格进一步降低，并实现液氦的循环使用，节约成本，预计2026年将完成样机研制。

常凯对新型二维材料的未来应用很有信心。“现在量子科技整体处于起步阶段，在这个领域深耕，正当其时。”他期待在3年内，让这些材料真正运用到下一代晶体管、量子计算等电子学器件中。或许，就在10年至20年后，新型二维材料将有望成为量子计算机核心芯片的原材料，承担量子态运算的重要功能，颠覆现有的计算模式。

来源：北京日报客户端

记者：刘苏雅