2026年7月

深耕科研 開闢疆域

諾貝爾獎得主安德烈.海姆爵士談科研之路及對全球學術環境之洞見
Professor Sir Andre Geim

訪談諾貝爾獎得主、香港大學物理學系講座教授安德烈.海姆爵士,言談之間,大象、駱駝與各式生物相繼登場。對於這位曾用磁場讓活青蛙懸浮起來,並以壁虎為其發明的膠帶命名的科學家而言,這些比喻可算是自然不過。

歡迎跟隨海姆教授走進他的「動物園」,細聽他回顧自身科研歷程,以及分享對港大和當今全球學術研究環境的真知灼見。

問:你還記得最初是何時對投身科研產生興趣的嗎?

答:說來沒有甚麼驚天動地的瞬間,甚至頗為順理成章。

或許遺傳基因吧,我的父母和祖父母皆有接受大學教育,他們不是攻讀工程、自然科學,就是醫學。沒有人唸文學、新聞傳播,更沒有律師或政治人物。所以我總覺得是基因讓我踏上科學路吧。

在中學和大學期間,老師和父母都鼓勵我要盡力而為、勤奮向學。他們督促我努力向上、要靈活敏銳。在學期間,我總力求名列前茅,但從未想過要爬到最頂尖的位置——至少從未立志要拿第一名。我所做的,反而是以最少的努力去爭取最高的分數,而我也確實做到了!儘管那時我還未能把這個想法如此清晰地表述,但這大致可說是我當時的座右銘。

取得博士學位後,我開始更獨立地進行研究。我發現自己總想與世界各地的眾多同儕一較高下,就在那時,我才真正開始鞭策自己,不再滿足於以最少的付出換取最大的回報。那幾乎耗盡了我所有的精力,因為我當時未待過擁有頂尖設備的一流大學,所以我必須以加倍的努力,力求創新,並善用手邊一切可用的資源。

問:世界各地的研究機構都爭相羅致人才,你作為一位享譽全球的科學家,想必可以任意挑選心儀機構或大學,你選擇加入港大是基於甚麼原因呢?

答:說我可以任意挑選,其實有點誇張了!

世界上能提供具競爭力設備的大學並不多,畢竟我是實驗物理學家,我需要使用相當昂貴的儀器。這個地區有幾所頂尖大學,我過去很享受每年來這裡訪問兩個月左右,但我的主要基地始終在英國曼徹斯特。

我從未想過要搬遷,直到幾年前,情況慢慢起了變化。英國經歷了脫歐、約翰遜與卓慧思政府之紛亂失序、新冠疫情——疫情之後大家都居家工作,整個英國的氛圍已然不同。

雖說我不是駱駝,但真正壓垮我的最後一根稻草,是招納學生的限制和困難。我從事量子凝聚態物理學研究,我的學生需要處理低溫和高磁場的實驗。然而,英國政府竟將這些領域視同大規模殺傷力武器,甚至直接發信給我,指稱我未來的博士生會將其所學擴散大殺傷力武器。完全是那些對基礎研究一竅不通的人胡說八道!這基本上癱瘓了我的研究,因為沒有年輕聰敏的科研人才,我根本無法繼續研究。

我別無選擇,只能另尋去處。就在此時,香港大學主動前來接洽,邀請我加入。一般來說,人們考慮移居亞洲需要花上數年,但這次港大邀約的時機絕佳,加上英國政府不利科學發展的政策,兩大因素結合成就了我的決定。

問:你希望在港大建立怎樣的研究文化?

答:我對其他文化的經驗並不多,但多年來與博士生相處,累積了些許觀察。他們大抵可分兩類:一類偏好獨自鑽研,按自己的步伐緩步前行;另一類則更積極進取,鞭策自己積極投入我們共同研究的項目。

後者為團隊注入更多活力,推動我們比其他團隊前進得更快,這是一種很好的共生關係。

我心目中理想的研究文化,就是建立在良好團隊精神的基礎上。

問:你是怎麼選擇自己的研究領域的?

答:若某個課題吸引了全球眾多學者的興趣,想在那裡立足,便得講究天時地利。

我的基本原則是,盡量避開過度擁擠的領域。這是我學術生涯一貫的做法。在我之前任職的機構裡,我總試著尋找一片清淨的草地,沒有太多「大象」在爭食的領域。

當你找到那一小片未經開墾的草地,開始深入挖掘時,若然發現另一群大象正朝此處湧來,你就必須跳進另一個研究領域。

這般處境,會激發出你更多的創造力。當你身處的機構並不具備最頂尖的設備、最充裕的人力資源,這可以是缺點,也可以是優勢。大學如此,現實亦然。

當然,探索另一研究領域殊非易事,你要耗費大量心力,努力學習及積累從未涉足領域的知識。然而,到頭來,因為要遊走於不同領域,需要的是更淵博的知識,整個經驗更有趣,也更具成效。對我而言,進入一個已經很多人研究的領域無甚意義。

同樣關鍵的,是你能為那個領域帶來甚麼貢獻。舉例說,假如我對基因組學等領域有興趣,很想參與,但我會反問自己:我能為這個領域開創到甚麼?我有相關的設施、專業知識,或者創新的元素嗎?倘若答案是否定的,那我便不該往那個方向走。

問:你因為發現石墨烯而蜚聲國際,更贏得諾貝爾獎殊榮,可否請你談談石墨烯的潛力?

答:說是冰山一角也許有點陳腔濫調,但事實確是如此。石墨烯是第一個被發現的二維材料。一年後,我們發表了論文,證明可以剝離出很多如石墨烯般只有一個原子或一個分子厚的材料。

我認為這篇後續發表的論文,其實比那篇獲得諾貝爾獎認可的論文更為重要。就連諾貝爾委員會當時似乎也「見樹不見林」,因為大家對石墨烯太過興奮,反而未能窺見背後更廣闊的領域。

所以,石墨烯其實代表了一個全新的材料科學分支、一種全新類別的材料。20年前,我們甚至未曾想像過有這些材料,大多數人更認為它們根本不可能存在,事實證明確有此物。

隨後出現的材料我稱之為石墨烯3.0,就像將不同原子層堆疊而成的「設計師材料」,如同以個別原子為積木的樂高遊戲。全球學術界還沒有足夠的科學家,對此深入探討,更遑論業界想出應用之道。

我常形容,對業界而言,這只是非常初步的第一步,甚至連嬰兒學步都談不上!人們並沒有充分運用學術界既有的知識,他們聽說了這種材料,就不問結果,只想把它放進自己的配方內,可算是且試且行,甚至沒有想像過石墨烯以外的其他原子級薄材料。迄今為止,還沒有出現基於石墨烯的高科技;大家見到的石墨烯技術,只能算是一種「烹飪」式的層次。

儘管如此,它在改善現代電動車、電池、各類電子產品和裝置等方面,確有可觀之處,但這一切仍屬「烹飪」的範疇,而非科學,更非以二維材料的科學知識應用的成果。

科研新知識需充裕時間逐層滲透,從應用研究人員、工程師,再到業界,正如水滲透火山岩的過程;要加速,最好是鼓勵年輕科研人員善用學術研究成果,帶著新知創業或加入衍生企業。

問:那壁虎膠帶呢?

答:那是我們較早開始研究的領域。關於這個主題,論文數量很多——或者說,引用了我們最初發表論文的,都有過千篇。

不過,這課題有點棘手。我親眼目睹過有人用這種壁虎膠帶,將自己懸掛在天花板下,所以它是有效的。問題在於,膠帶雖可複製,卻極易染髒。人造毛髮之間會彼此黏附,也會黏住不同物料表面。

據我所知,目前還沒有人研究過壁虎是如何清潔自己的腳掌的!這個謎題,有待生物學家來破解。我們都知道,手濕時所碰過的東西,都會沾上灰塵。微電子工業有無塵室,因為空氣中如果有灰塵,微粒掉落在表面上,就會永遠黏在那裡。

所以問題是,壁虎是如何讓牠們的腳趾和腳掌保持黏性,卻又不沾滿灰塵?牠們是怎麼清潔的?我對這個可是一無所知!

如果我們能複製潔掌的技術,我們就能擁有壁虎手套。然而在此之前,我們尚缺製造可重複使用膠帶的知識。現在,要做出一條膠帶絕非難事,然而那終究只能是一次性的壁虎膠帶。

問:那麼在香港大學,你主要會研究二維材料嗎?

答:是的,現在的重點將放在二維材料,或者可以說是這些材料的組裝體,我們稱之為納米材料,它能在量子力學科技中,扮演關鍵角色。

它將有助於推動下一次量子革命,屆時量子物理學將不再像現在這樣僅停留在表面應用,而是進入更深層次的運用,涵蓋量子相干、量子干涉、不同量子態的耦合,以及它們的疊加現象,也就是量子力學更深層次的實踐。

問:那會帶來怎樣的改變?能舉個例子說明它會帶來甚麼不同嗎?

答:基本上,就如同電晶體之於真空電子學的差異。

你大概還記得那些電視和收音機,裡面裝有電子真空管,其功能基本上就像今日的電晶體。那時候的真空管,有的直徑有拳頭那麼大。

如今,數千個電晶體能容納於一根頭髮的橫切面上,而這本質上就是量子力學的功勞。這就像是將事物提升到一個不同的層次,好比從鎢絲燈泡進化到LED燈:前者只是加熱發光,後者則涉及量子力學。

我們正是想藉由量子物理學再向前邁進一步,讓這些元件同時變得更精巧聰明、功能更多。

我有點一廂情願地認為,這是一條順理成章的演進之路,無論最終的影響有多大,也必須堅定地朝這個方向前行。

問:接下來你在港大的研究重點是甚麼?

答:我們正積極討論成立量子納米技術研究所。這甚至關乎引領第二次量子革命。量子物理學對許多人而言是很艱深的詞彙,但其實我們日常生活中,手機、相機、電視以至所有電子通訊,都是依靠量子力學支持其運作的,量子力學已經成為常態。

不過,另一場革命正在來臨。有人稱之為量子資訊、量子通訊等,它所涉及的,是更為精細的量子現象。人工智能也是其中一部分。

我們的目標,是在港大建立相關的基礎設施與儀器設備,並開放予其他本地大學以合作夥伴身份共同使用,從而推動材料與元件的研發,為第二次量子革命奠定重要的基礎。

我們希望研究所能在兩三年內正式運作,但畢竟,這是基礎研究,因此在未來10至20年,它未必會直接轉化為家中常見的電子產品。不過,我相信在五年內,研究所將可發表高質的學術論文、進一步提升港大的聲譽,吸引及延攬人才,以及培育優秀的畢業生。

問:在研究以外,你會做甚麼來放鬆自己呢?

答:我的愛好是登山。我指的是那種海拔高達4,000米以上、有機會引發高山症的高山!我樂此不疲,就是愛待在高山上。

我熱愛行山,所以香港對我來說極具吸引力,這裡有許多絕佳的行山路線。大約十年前吧,我住在香港國際機場附近一所酒店時,就曾在大嶼山行山。

來港後的首兩個月,我已經走過十多條行山路線。作為行山愛好者,我覺得非常不錯。我還知道香港最著名的四大遠足徑:麥理浩徑、衛奕信徑、港島徑和鳳凰徑!而四徑的部分路段我已經走過了。

世上大多數人對香港的印象,是中環的樣子,全是高樓,卻不知道這裡有多麼綠意盎然,即使是香港島已非常翠綠,更莫說新界、西貢或大嶼山有多可觀。

對我來說,住在香港,非常吸引,花上五、六個小時行山,登至頂峰,然後緩步下山,最後來到某個海灘,在清澈的海水中暢泳,簡直置身天堂一樣!

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