只有一层原子厚的材料，究竟有多神奇？当两层二维材料轻轻旋转一个角度，为什么可能诞生全新的量子现象？量子计算机和传统电脑到底有什么本质区别？未来芯片真的会由二维材料来制造吗？

近日，由未来论坛等联合发起的“追星就追科学家”校园公益科普活动走进武汉经济技术开发区第一中学（朱光亚科技中学）。上海交通大学物理与天文学院教授、博士生导师，2025亚洲青年科学家基金项目—物质科学研究员李听昕教授，为现场师生带来了一场题为《二维材料：凝聚态物理研究的新乐园》的科普讲座，带领大家近距离了解二维材料、凝聚态物理与量子世界的独特魅力。

活动现场。（主办方供图）

活动现场，“两弹一星功勋奖章”获得者朱光亚先生之子、原国防科工委系统工程研究所研究员、北京科银京成技术有限公司董事长朱明远先生也来到学校，与同学们面对面交流科学探索和工程实践中的思考与感悟。

从量子世界出发，理解“More is different”

什么是凝聚态物理？对很多高中生来说，这一概念或许并不熟悉。李听昕教授从量子力学切入讲解——量子力学起源于人类对微观世界的深入探索，如今早已广泛融入现代生活：手机、计算机中的晶体管，以及激光、核磁共振等技术，背后都离不开量子力学原理。

“凝聚态物理，就是把量子力学应用到由大量粒子（如原子、电子）构成的凝聚态物质（如固体、液体）中。”李听昕教授解释说，单个原子、单个电子的行为相对容易理解，但当大量原子和电子组合在一起时，系统往往会涌现出全新的物理规律和宏观现象。

借用诺贝尔物理学奖得主安德森那句经典的话——“More is different”（多者异也），李听昕进一步点明了凝聚态物理的核心魅力：许多令人惊叹的物理现象，如超导、分数量子霍尔效应等，正是在大量粒子相互作用的复杂体系中才会出现。

“原子乐高”：二维材料开启新方向

讲座的重点内容之一是二维材料。2004年，科学家利用一卷普通胶带从石墨中成功剥离出仅有一层碳原子厚度的石墨烯，由此打开了二维材料研究的大门。这个看似简单的实验，也让同学们直观感受到：重大科学突破，有时就隐藏在最普通的材料和最巧妙的实验方法之中。

二维材料并不只有石墨烯。半导体、超导体、磁性材料、拓扑材料等，都可以以二维层状材料的形式存在。科学家还能够像搭积木一样，将不同二维材料按顺序一层层堆叠，构建出全新的人工量子结构。

李听昕教授将这一过程形象地称为“原子乐高”：选择不同材料，调整堆叠顺序与旋转角度，研究人员就有机会获得自然界中原本不存在的新物态。近年来备受关注的“魔角石墨烯”和莫尔超晶格研究，正是这一研究路径上的典型代表，也是二维材料研究的热点方向。

他还结合自己团队在转角二维材料领域的研究介绍说，当两层二维半导体材料以特定角度堆叠时，电子行为会发生深刻变化，甚至可能出现分数量子反常霍尔效应等全新的量子现象。这些内容让同学们认识到，基础物理研究并非空谈理论，而是与实验探索紧密结合，并且有望为未来量子技术、新型电子器件以及先进芯片研发奠定重要基础。

追问不停，探索不止

有同学提问：“如果显微镜下看不清原子晶格结构，你们怎么知道材料到底转了多少度？”李听昕教授解释，在实验中并不一定要直接看到每一个原子晶格，因为材料本身的晶体结构是确定的。研究人员可以通过识别二维材料薄层的边缘方向，再借助转台精确控制两层材料之间的相对角度，从而构筑二维莫尔超晶格结构。

还有同学对讲座中提到的“拓扑”概念产生了浓厚兴趣，进一步追问：数学中的拓扑分类，为什么能够解释朗道能级、量子霍尔效应等物理现象？李听昕教授介绍，在量子力学中，波函数包含粒子的全部物理信息。理论物理学家发现，晶体中电子的波函数同样可以用拓扑方法进行分类；不同的拓扑性质，会对应截然不同且对局部扰动非常稳健的物理现象。

除了实验方法和理论知识，同学们也把问题延伸到未来学习路径和科技应用。有学生关心，如果大学选择量子信息科学相关专业，高中阶段应该如何打基础。李听昕教授给出的建议十分务实：重视数学和物理学习，因为量子信息、量子计算等前沿方向，都建立在扎实的数理基础之上。也有同学询问量子计算机与普通电脑的区别，以及二维材料是否能应用于下一代芯片。李听昕教授表示，量子计算的目标是真正利用量子力学原理提升计算能力，而二维材料凭借原子级厚度和独特电子性质，正成为未来新型电子器件和下一代芯片研究的重要方向之一。

面对困难，记录过程，享受探索

互动交流环节中，朱明远先生也结合自己长期从事软件系统研发的经历，与同学们分享了面对困难时应有的态度与方法。

有同学提问：“开发系统、证明数学定理、做前沿物理实验时都会遇到困难，应该怎样坚持下去？”朱明远先生表示，软件研发几乎每天都在和问题、错误打交道，关键是把困难看作探索过程的一部分。他建议同学们从接到课题或任务的第一天起，就记录每天遇到的问题、错误以及解决办法——真正有价值的经验，往往就积累在不断发现问题、分析问题和解决问题的过程中。

还有学生问到，如果未来想为国防事业作贡献，高中阶段需要特别注意什么。朱明远先生谈到，国防科研尤其重视系统可靠性，关键系统必须尽可能减少错误、排除隐患。他鼓励同学们从现在开始培养严谨、负责、追求可靠的学习习惯。

活动尾声，李听昕教授代表未来论坛向学校赠送了《“未来”科学家：未来科学大奖获奖者访谈实录（2020—2024）》。这一环节的意义，不只是几本书的传递，更像是科学精神与科学家精神的薪火相传。

从宇宙星空到生命奥秘，从人工智能到前沿物理，“追星就追科学家”持续邀请学术界杰出代表走进全国多地校园，通过生动鲜活的科普讲座点燃青少年的科学梦想。活动希望让更多孩子看到：真正值得追逐的“星”，不仅闪耀在舞台和屏幕上，也同样闪耀在实验室里、论文背后，以及探索未知的漫长道路上。

一层原子厚度的材料，可以承载人类对未来科技、量子技术和新型芯片的无限想象；一次与科学家的近距离交流，也可能在年轻心灵中播下一颗探索未知的种子。活动虽然结束了，但关于科学的好奇心仍在延续。也许今天在报告厅里不断追问“为什么”的同学，未来就会走进实验室、投身工程一线，继续追逐属于自己的科学星光。