博士兩次退學的他，如何36歲就摘得諾貝爾物理學獎？

導讀：

康斯坦丁·諾沃肖洛夫（Konstantin Novoselov）因在二維材料石墨烯領域的開創性實驗，與安德烈·海姆（Andre Geim）共同榮獲2010年諾貝爾物理學獎，并開啟了整個二維材料研究領域。

年僅36歲即收獲諾獎，他做的第一件事情，就是保持實驗室日常作息不變，閉口不談自己的諾獎工作，避免榮譽、講座和行政將自己的科研湮沒，據此，他得以源源不斷的產出突出的學術成果。 在科研之外，他還是一個繪畫藝術家，并多次舉辦自己的個展，他調侃自己畫畫也能謀生。他的學術生涯屢次突破常規，本科時因為創立建筑公司幾欲輟學，兩次從博士退學，第三次方取得學位。他笑談自己做事從來不循規蹈矩，不征求傳統的認同與別人的同意，他認為這也是他和Andre Geim教授敢于挑戰傳統認知，發現石墨烯的重要原因，因為進步就源于質疑所有人都默認的常識——這可能會帶來失敗，但也有可能打開別人從未想到的突破之門。

在本次eLight專訪中，我們一同回顧石墨烯的發現始末，探討二維材料發展的核心瓶頸與未來趨勢，解析人工智能為材料發現帶來的范式變革，同時聆聽他對學術生涯和人生哲學的思考，以及對青年科研工作者的寄語。

Konstantin Novoselov｜受訪者

郭宸孜，何應，李天夫，馬欲飛，董永康 | 整理

中國光學 | 來源

SAIXIANSHENG

一、主流研究之外的奇思妙想

Q1：2004年，您與安德烈·海姆教授通過機械剝離法成功分離出單層石墨烯，這一發現在當時震驚學界、具有劃時代意義。能否為我們講述這一突破背后的故事，以及早期實驗中那些意料之外的觀察結果？

諾沃肖洛夫：整個發現其實源于我們實驗室標志性的“周五晚間實驗”—— 這是安德烈海姆定下的傳統，讓我們可以探索主流研究方向之外的奇思妙想。當時安德烈覺得做石墨基晶體管會很有意思，而這需要制備出極薄的石墨薄膜。他買來當時價格不菲的石墨，交給一名博士生去打磨成薄片。忙活了一陣子，這名學生只磨出了石墨粉塵，所以我們暫時擱置了這個項目，覺得這條路走不通。

與此同時，我們實驗室正在搭建一臺掃描隧道顯微鏡（STM），而石墨是STM的標準校準樣品。測量前，大家常用透明膠帶粘取來獲得新劈開的石墨表面。我擺弄膠帶的時候突然想到，或許膠帶就是制備薄層石墨的解決方案。一時興起，我們試著用膠帶剝離石墨，僅僅半小時，就做出了第一批薄層石墨器件，之后我們便順著這個方向深入研究下去。這類偶然的突破，本質上都建立在持續的實驗積累與對相關材料體系的不斷探索之上。

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二、分離出單層石墨烯

Q2：在您的工作發表之前，凝聚態物理界普遍認為，單層二維原子晶體無法在室溫環境下獨立和穩定的存在。您通過反復嘗試將石墨逐步減薄至單層石墨烯。能否回憶一下，您是如何逐步、系統地驗證石墨烯熱力學穩定性的？

諾沃肖洛夫：從初步實驗到真正得到單層石墨烯，我們花了將近一年時間。最初我們對石墨烯僅有一種共識：它本不該穩定存在。但在研究過程中，我們觀測到的量子輸運現象與靜電柵控效應不斷吸引我們深入探索，直到最終分離出真正的單層石墨烯。這種單層晶體能夠穩定存在，本身就徹底顛覆了我們最初的認知。

最關鍵的證據來自編號為K50（單層石墨烯）和K51（雙層石墨烯）的兩個器件。這兩個樣品表現出截然不同的量子輸運特征——電子行為存在本質差異。對于這種差異，唯一合理的物理解釋，就是一個是單原子層，另一個是雙原子層堆疊。我們很幸運同時得到了這兩個樣品，為我們提供了可直接對比的實驗證據。即便如此，我們還是做了大量重復測量與對照實驗，排除了樣品污染、基底干擾等可能的假象，才最終確認單層石墨烯在常溫環境下的穩定性。

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三、新興的二維材料

Q3：得益于您的奠基性工作，二維材料家族已極大拓展，遠不止石墨烯與傳統過渡金屬二硫化物（TMDs）。在您看來，哪些新興二維材料類別憑借其獨特的光電特性，會成為未來光子學領域的主流研究方向？

諾沃肖洛夫：這個領域已經分化出無數細分方向。對于eLight這樣聚焦光學與光子學的期刊而言，具有光學活性的二維半導體尤其值得關注，這其中包括發光范德華晶體（含二維鐵磁材料）——它們都具備可調帶隙與獨特的光學參數；此外還有適用于波導與光子器件的各向異性材料等。

這類新材料的突出優勢，是其極強的面內與面外各向異性，能實現傳統體相半導體無法達到的光學響應。更具潛力的研究方向是人工范德華異質結：如果天然材料無法滿足目標功能，你可以從零開始堆疊不同的原子層，定制設計出具備特定光電性能的人工材料。這種自下而上的異質結設計思路，在未來幾十年內將持續催生變革性的光學器件。

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四、AI與材料發現

Q4：近年來您一直倡導將人工智能（AI）融入材料發現與功能設計。AI將如何重塑、挑戰傳統的功能二維材料篩選與設計范式？

諾沃肖洛夫：目前我們還遠未釋放人工智能（AI）在材料科學中的全部潛力。傳統的第一性原理計算很難預測動態、亞穩態的功能材料——這類材料的性能會在外場刺激下發生變化，其復雜行為長期以來被認為難以通過計算模擬，因此很少有團隊嘗試對其做理論建模。AI恰好可以填補這一空白，但它的實際落地遠沒有想象中簡單。

早期人們對AI的預期過于樂觀，以為通用大語言模型或是簡單的指令式AI就能直接輸出材料合成方案，但大量嘗試后并未取得多少實質性進展。如今整個領域已經回歸理性：我們必須打造面向物理材料體系的專用AI平臺，而不能依賴通用的文本大模型。我們團隊正在構建領域專屬的人工智能框架，能夠自主檢索材料數據庫、優化實驗制備參數——這是通用AI做不到的。

全球已有很多團隊在推進專用的材料AI平臺，我始終持樂觀態度：未來十年內，這項交叉工具將徹底革新我們的材料發現和設計流程。

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五、轉角電子學與莫爾超晶格

Q5：轉角電子學與莫爾超晶格是二維材料的主流方向之一，其被廣泛用于探索強關聯量子態。目前阻礙該領域發展的核心基礎難題與計算瓶頸是什么？

諾沃肖洛夫：莫爾超晶格能實現對電子能帶結構的精準調控，可精細調節材料的輸運與光學性能；我們甚至可以通過改變轉角與堆疊順序，調控電子能帶的拓撲性質。當前最主要的障礙在于計算復雜度：復雜的莫爾超晶格往往包含數百甚至上千個原子，標準第一性原理方法的計算成本極高，幾乎無法實現。

對于轉角異質結中觀測到的大部分實驗現象，我們還只能做定性解釋，定量的預測建模基本做不到。莫爾疇區內部細微的原子重構，會進一步提升計算難度。目前還沒有一套通用的理論或計算框架，能可靠預測任意莫爾超晶格的量子性質——這一空白是轉角電子學研究面臨的巨大挑戰。

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六、基礎研究與技術轉化

Q6：您的課題組同時推進基礎研究與產業技術轉化，您如何平衡這兩項工作的優先級？

諾沃肖洛夫：從根本上說，我們做科研是因為它能帶來智識上的興奮感，滿足好奇心驅動的樂趣。產業項目并不是次要的“任務”——我們只參與那些能帶來非常規、啟發性研究視角，且符合我們核心興趣的產業合作。

我們本可以拓展更多產業合作，但人的時間每天只有24小時，所以必須精心挑選真正能激發興趣的項目。很多轉化項目需要成立初創公司，這就要求學生和研究者具備創業能力，而這類人才并不容易招募。在我們課題組，基礎研究始終是核心優先級，產業工作則作為補充性的探索方向選擇性推進。

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七、二維材料的商業化

Q7：二維材料研究已發展數十年，您認為制約其產品大規模商業化的核心瓶頸是什么？如果要選出推動其大規模產業落地的三大“殺手級應用”，您會選哪些？

諾沃肖洛夫：商業化并沒有什么重大技術壁壘，技術本身在按自身節奏穩步推進，每個月都有基于二維材料的新產品問世。最大的隱性障礙是全行業的認知斷層：制造工程師與產業技術人員缺乏系統的知識儲備，不知道如何將原子級厚度的范德華材料加工、集成并嵌入現有供應鏈與標準制造流程中。合成出高質量薄片只是第一步，如何無縫融入成熟的工業生產線，對制造商來說仍是一道陡峭的學習曲線。

在光子學與光電子領域，最具影響力的殺手級應用，首推基于二維材料的硅基光子調制器，這將是最具變革性的下一代產品。除光調制器之外，柔性光電子傳感器與高性能儲能電極，也將在中期成為大規模商用的主流方向。

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八、給青年研究者的建議

Q8：對于有志于科研事業的青年研究者，您有什么建議？

諾沃肖洛夫：青年研究者首要的是追隨自己真正的科研好奇心。如果你熱愛化學，就去做化學；如果你喜歡物理，就深耕物理。你甚至可以選擇創辦光學或石墨烯相關的科技公司——這個領域仍有無限的原創探索空間，沒有哪個研究方向是已經飽和的。不要因為資深學者或主流期刊追捧某個熱點，就把自己局限在熱門方向里。獨立的、好奇心驅動的探索，是做出突破性原創工作最可靠的路徑。

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九、藝術與物理

Q9：眾所周知，您在科研之外還始終保持著對繪畫的熱愛。您如何平衡藝術與物理這兩項愛好？哪一項才是您內心深處真正的熱情所在？

諾沃肖洛夫：我曾認真考慮過放棄科研，做一名全職藝術家。藝術創作極具吸引力，而且靠繪畫我也能維持生計。但深思熟慮后我意識到，我始終會保有強烈的科研好奇心，最終還是會回到實驗室。從情感層面來說，僅靠藝術無法讓我獲得完整的滿足感；科學探索能滿足我核心的智識需求，這是繪畫無法替代的。藝術始終是一項重要的補充愛好，能拓寬我的思維邊界，但物理才是我畢生的核心追求。

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十、諾獎之后

Q10：您在36歲就獲得了諾貝爾物理學獎。獲獎之后，給您的學術與個人生活帶來的最深刻的正向改變，以及最大的挑戰分別是什么？

諾沃肖洛夫：非常幸運，在諾獎公布當天，就從我的導師、合作者也是摯友的Andre Geim教授那里得到了一條清醒且寶貴的建議：不要讓獎項改變你的科研本色與日常節奏。我一直嚴格遵循這條建議。我在學術報告中從不提及諾貝爾獎，講座里也只展示 2010 年之后的研究成果，從不講幫我獲獎的石墨烯發現工作。

獲獎后的頭五年，我刻意保持實驗室的日常作息不變，避免偏離實驗研究的重心。這個策略很有效，我很快回到了原本的科研節奏，保障了學術產出的連續性。最大的負面影響，是源源不斷的公開演講、媒體與行政事務，碎片化了科研時間。總的來說，最重要的經驗是：要把獎項的榮譽象征和你正在進行的科研工作分開——外界的認可替代不了持續、親身的實驗探索。

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十一、失敗與突破

Q11：在您的科研生涯中，遇到過的最大的失敗是什么？

諾沃肖洛夫：一路走來我遇到過不少挫折。本科的時候我開過一家建筑公司，差點因此退學。讀博期間我退過兩次學，第三次才最終讀完。我屬于那種想做什么就直接去做、不會先征求許可的人。或許正因為如此，當大多數人都認為獨立存在的單層二維原子晶體不可能實現時，我依然愿意不惜代價去嘗試。有時候，進步就源于質疑所有人都默認的常識——這可能會帶來失敗，但也有可能打開別人從未想到的突破之門。

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十二、未來的研究計劃

Q12：展望未來5-10年，您的研究藍圖是怎樣的？

諾沃肖洛夫：科學進步從來不會按照刻板的預設藍圖推進。我們會設定適度進取的長期核心目標——未來十年我們的主要方向是研究亞穩態功能范德華材料。但我們始終希望，既定目標會被沿途更有趣的、計劃外的實驗發現所打破。實驗室里那些意外出現的新現象，總會不斷調整我們的研究軌跡，而這些偶然的“彎路”往往能帶來最具變革性的成果。我們保持項目結構的靈活性，一旦實驗中發現令人驚喜的新物理現象，可以快速調整研究方向。

作者介紹：

郭宸孜，博士，編審。任中國科學院長春光學精密機械與物理研究所Light學術出版中心副主任、副總編，兩期卓越計劃期刊eLight編輯部主任、兩期卓越計劃領軍期刊Light: Science & Applications責任編輯。中國科學院青年創新促進會會員，中國科技期刊編輯學會國際交流與合作工作委員會委員、青委會委員，吉林省科技期刊工作者協會理事。入選中國科技期刊卓越計劃優秀百人案例、中國科協和科技日報聯合組織的“一流期刊青年說”專題人物，獲第三屆中國科技期刊青年編輯大賽一等獎、中國科技期刊卓越計劃優秀編輯、中國科協優秀科技論文編輯表彰、中國科學院科技出版先進個人獎、中國科學院優秀編輯、長春光機所第二屆先進個人等獎項。其授課的課程入選國家專業技術人才知識更新工程的公需科目課件，主持卓越計劃項目等國家、省部級項目8項，在Nano Today、Science China Materials、Applied Optics、《編輯學報》等學術期刊發表論文30余篇，作為共同作者出版譯著1部（《光學與光子學：美國不可或缺的關鍵技術》，科學出版社），受邀在國內外學術會議作報告40次。

何應，工學博士，哈爾濱工業大學航天學院副教授。哈工大“神舟青年”人才引進計劃入選者。主要研究方向包括直接吸收光譜、光聲光譜、新型全波段光探測器件等。已累計發表學術論文30余篇；授權國家發明專利8項；主持國家自然科學基金、黑龍江省自然科學基金、全國重點實驗室基金等項目5項；曾獲“2024年中國光學工程學會科學技術獎自然科學二等獎”、美國光學學會Optica 2025Outstanding Reviewer recognition、“第十七屆王大珩光學獎”等獎項；擔任Discover Sensors、Photonics編委，Microwave and Optical Technology Letters、Sensors、Applied Sciences客座編輯，PhotoniX、光子學報、紅外與激光工程期刊青年編委，中國光學工程學會光譜技術及應用專業委員會青年委員，“Seed of Light”星光獎學金計劃委員會委員。

李天夫，博士，副研究員，任職于哈爾濱工業大學可調諧激光技術國家級重點實驗室，主要從事前向受激布里淵散射理論、光纖光力傳感、多相檢測方向研究。主持國家自然科學基金青年學生基礎研究項目（博士研究生）、哈爾濱工業大學點子基金項目 2 項，參與國家重點研發計劃、國家自然科學基金等多項國家級科研課題；以第一作者身份在Journal of Lightwave Technology、Chinese Optics Letters、《光電工程》等期刊發表論文9篇，在OFS、LCW、CIOP、ICOCN等國際頂級光學會議多次進行報告，受邀在中國光纖傳感大會進行邀請報告，先后斬獲 LCW 最佳論文獎、CIOP 優秀學生口頭報告獎、ICOCN 最佳學生論文獎；原創布里淵選邊放大高效解調方案，實現當前國際報道最優3毫米前向受激布里淵散射空間識別性能，相關技術可實現物質識別、相態傳感，在生物分析、微流體監測領域具備重要應用價值。

馬欲飛，哈爾濱工業大學航天學院教授(破格)、博士生導師(破格)，長期從事激光光譜技術研究，當選美國光學學會會士(Optica Fellow)，作為負責人主持國家自然科學基金優青、國家自然科學基金重點等項目。擔任Photoacoustics、Optics Express、Optics Letters、Chinese Optics Letters、Optical Engineering等10個SCI期刊領域主編/副主編/編委、紅外與毫米波學報、光子學報、紅外與激光工程編委。以通信作者在Light: Science & Applications、Reports on Progress in Physics等期刊上發表學術論文多篇，擔任中國光學工程學會光譜技術及應用專委會副主任。

董永康，教授/博士生導師，國家高層次人才，哈爾濱工業大學校學位委員會委員，科工院副處長，激光空間信息全國重點實驗室常務副主任，中國光學工程學會理事，國際著名期刊eLight編委，Optics Letters編委，Photonic Sensors編委，《中國激光》編委。從事光纖與激光傳感器基礎研究、技術研發和工程應用，取得多項創新性研究成果，并成功應用到國家重大工程中。在Nature旗下期刊Light: Science & Applications、Optica、Laser & Photonics Reviews等國際權威期刊發表論文110余篇，愛思唯爾高被引學者，獲黑龍江省自然科學一等獎、中國光學工程學會技術發明一等獎、陜西省科技進步一等獎，主持國家重大科學儀器設備開發專項、國家重點研發計劃、國家自然科學基金、大型央企委托項目20余項。

原文來自：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

本文于2026年7月11日在《中國光學》公眾號發布，原標題為“eLight諾獎對話專欄 | 36歲獲獎的諾獎得主Konstantin Novoselov”，《賽先生》獲權轉載，轉載時有刪減，小標題為編者所加。