一对华人物理学家夫妻：康奈尔大学的单杰教授和麦健辉教授，多次发现了二维材料的奥秘。自年这对夫妇开设康奈尔实验室以来，已在最负盛名的科学期刊《自然》（Nature）上发表了令人惊叹的8篇论文、20多篇Nature大子刊（NatureMaterials、NatureNanotechnology、NaturePhysics、NaturePhotonics）论文、以及许多其他论文。
他们所取得的成就博得了学界高度赞扬与评价，评价这对夫妇搭档的强力“物理二重奏”（PhysicsDuo），正在扩大人们对电子群能做什么的认知，在探索二维晶体家族中发现了多种有效的新电子行为，被誉为“电子驯化大师”。
哈佛大学著名凝聚态物理学家、菲利普·金（金必立）评价说，他们的研究“在许多方面都令人印象深刻，”“我想说，这是令人惊奇的”（isdeeplyimpressiveinmanyaspects,Itis,Iwouldsay,sensational.）。
单杰和麦建辉两口子的二维材料网格图像辉钼矿，即使是训练有素的眼睛，看起来也几乎与石墨一样——一种有光泽的银色晶体，它的作用也与石墨类似。但是对于电子来说，两种原子网格形成了不同的世界。这一区别在年前首次进入科学记录。
瑞典化学家卡尔·舍勒以发现氧气而闻名，他将每种矿物放入各种酸中，观察滚滚而来的可怕气体云。舍勒最终在43岁时中毒而死，他发现辉钼矿是一种新物质。他在年写给瑞典皇家科学院的一封信中对其进行了描述，他写道：“我在这里不是指人们可以从药剂师那里获得的众所周知的石墨。”
辉钼矿对辉钼矿的突破始于石墨和透明胶带。研究人员在年偶然发现，可以使用胶带剥离只有一个原子厚的石墨薄片。这些晶体片，每一个都是碳原子的扁平阵列，具有惊人的特性，与它们所来自的三维晶体的特性完全不同，称之为石墨烯，是一种全新的物质类别——一种二维材料。
石墨烯的发现改变了凝聚态物理学，这是物理学的一个分支，旨在了解物质的多种形式和行为。这个领域为我们带来了计算机芯片、激光器、LED灯泡、核磁共振仪、太阳能电池板以及各种现代技术奇迹。近一半所有物理学家都是凝聚态物理学家。石墨烯被发现后，成千上万的凝聚态物理学家开始研究这种新材料，希望它能成为未来技术的基础。
石墨烯的发现者获得了年的诺贝尔物理学奖。同年，哥伦比亚大学的两位年轻物理学家单杰和麦建辉，看到了辉钼矿薄片可能比石墨烯更神奇的迹象。这种鲜为人知的矿物具有难以研究的特性，对许多实验室来说这太难了——但它吸引了单杰和麦建辉。这对顽强的搭档花了近十年的时间来研究二维辉钼矿（或二硫化钼——辉钼矿的化学组成，是实验室制造出的晶体版本），以及一系列密切相关的二维晶体。
现在他们的努力得到了回报。单杰和麦建辉现已结婚，并在康奈尔大学管理一个大型研究团队，他们表明，二硫化钼及其二维晶体亲属可以产生大量奇异的量子现象。“这是一个使人惊奇的试验场，”为单杰和麦建辉实验室提供高质量晶体的哥伦比亚大学研究员JamesHone说。“你可以在一个材料系统中完成所有现代凝聚态物理学实验。”
单杰和麦建辉研究团队在这些扁平晶体中，以前所未有的方式捕获了电子。他们诱使粒子合并成量子流体并冻结成各种各样的冰状结构。他们掌握了组装大型人造原子网格，这些原子现在用作为物质基础理论的试验台。
二维材料的兴起
一种材料的属性通常反映了它的电子在做什么。例如，在金属等导体中，电子可以轻松地在原子之间流行，携带电力。在木头和玻璃等绝缘体中，电子保持不动。像硅这样的半导体介于这两者之间：它们的电子可以被迫随着能量而移动，使其成为晶体管开关的理想选择。在过去50年里，除了这三种基本的电子行为之外，凝聚态物理学家还看到了轻质带电粒子以许多更奇特的方式表现。
年出现了一个引人注目的惊喜，当时两位IBM研究人员GeorgBednorz和AlexMüller发现电子流通过氧化铜（“铜酸盐”）晶体，没有任何电阻。这种超导性——电流以完美效率流动的能力——以前曾见过，但材料需冷却到绝对零的几度以内。这次所观察到这种神秘现象，持续保持在创纪录的35开尔文。科学家们很快发现了其他超导超过开尔文的铜酸盐。一个梦想诞生了，它可能仍然是当今凝聚态物理学的首要目标：在大约开尔文的热带世界里找到或设计一种可以超导电力的物质，从而实现无损耗电力传输线，
悬浮在磁体上方的六角形超导体超导性的关键是引导通常相互排斥的电子配对并形成称为玻色子的实体。然后玻色子可以共同融合成无摩擦的量子流体。产生玻色子的吸引力，例如原子振动，通常只能在低温或高压下克服电子的排斥。但对这些极端条件的需求阻止了超导性进入日常设备。铜酸盐的发现带来了希望，即正确的原子晶格可以将电子牢固地“粘合”在一起，即使在室温下它们也能保持粘连。
在Bednorz和Müller的发现之后的40年，物理学家们仍然不能完全确定铜酸盐中的这种粘连是如何工作的，更不用说如何调整材料来加强它了。因此，凝聚态物理学的许多研究都是对晶体的反复试验，寻找可以保持电子配对或以其他奇妙方式引导电子的晶体。
英国曼彻斯特大学AndreGeim和KonstantinNovoselov发现了这种令人震惊的片状材料，石墨晶体包含排列成松散结合的六边形片的碳原子。理论家早就预测，如果没有堆叠的稳定影响，热引起的振动会破坏一层薄板。但他们发现，可以剥离稳定的原子级薄片，只需要透明的胶带。石墨烯是第一种真正平坦的材料——电子可以在其上滑动但不能上下滑动的平面。
围绕这种神奇材料出现了一个完整的领域。研究人员开始进行更广泛的思考。其他物质的二维薄片能否拥有自己的超能力？年，一个偶然的机会，当时担任客座教授的单杰和作研究生的麦建辉得到一组二硫化钼样品，这改变了他们的职业生涯。
单杰和麦建辉正在研究石墨烯如何与光相互作用，但他们已开始在考虑其他材料。石墨烯的快速电子使其成为一种奇妙的导体，但他们想要的是一种二维半导体——一种可以打开和关闭电子流、可以用作晶体管的材料。
凝聚态物理是当代物理学最活跃的领域，上个世纪取得一些大的突破。现在，康奈尔大学的麦建辉和单杰夫妻团队，首次找到了在实验室中制造人造原子的方法，为这种研究的新时代打开了大门。
07:40众所周知二硫化钼是一种半导体。单杰和麦建辉很快发现，就像石墨一样，它在2D中获得了额外的能力。当他们将激光对准“二硫化钼”的3D晶体时，晶体保持黑暗。但是，当用透明胶带撕下层，用激光击打它们，并在显微镜下检查它们时，他们看到2D薄片闪闪发光。
其他的研究后来证实，制作精良的密切相关材料薄片可以反射每一个撞击它们的最后一个光子。“这有点令人难以置信，”麦说道。“你只有一张原子片，它可以像一面完美的镜子一样反射%的光。”他们意识到这种特性可能会导致壮观的光学设备。
二硫化钼属于称为过渡金属二硫属化物(TMD)的物质家族，其中来自元素周期表金属中间区域的原子（例如钼）与称为硫属化物的化学化合物对（例如硫）连接在一起。二硫化钼是唯一天然存在的TMD，但研究人员可以在实验室中制造出更多的金属二硫属化物——二硫化钨、二碲化钼等。
然而，最初的兴奋浪潮很快就消退了，因为研究人员努力让TMD做得不仅仅是发光。似乎金属二硫属化物相对于石墨烯的主要优势也是它们最大的弱点：为了研究材料的电子特性，研究人员必须经常将电子推入其中并测量产生的电流的电阻。但由于半导体是不良导体，因此很难让电子进出。
单杰和麦建辉开初感到矛盾。“目前还不清楚我们是应该继续研究石墨烯还是开始研究这种新材料，”麦说。“但既然我们发现它有这个很好的特性，我们就继续做更多的实验。”
随着他们的工作，这两位科学家越来越着迷于二硫化钼，同时彼此之间也着迷来了电。最初，他们的联系是专业上的，限于研究上的来往电子邮件。“麦经常问，‘那件设备在哪里？你把那个放在哪里了？”单杰说。但最终他们的关系，在长时间的联系与实验成功的推动下，变得浪漫起来。“我们只是经常见面，实际上是在同一个实验室从事同一个项目，”麦说。“这个项目运行得很好，也让我们都很高兴。”
进入二维荒野
单杰年代在浙江长大，是一名明星学生，在数学、科学和语言方面表现出色，中国科技大学毕业，同时选派为中苏文化交流项目留学生，年获得莫斯科国立大学数学与物理专业文凭和博士学位。年获得哥伦比亚大学物理学博士学位。-年，在凯斯西储大学担任副教授；-年，宾夕法尼亚州立大学副教授和正教授；年加入康奈尔大学应用与工程物理学院，担任正教授。
大多数研究人员在获得博士学位后从事博士后职位，但单杰于年直接加入凯斯西储大学担任副教授。几年后，在一次偶然的休假期间，她回哥伦比亚实验室，她开始与研究小组中一位目光炯炯且迷人的研究生麦建辉合作。
麦建辉在香港长大，在学校里有点调皮，除了物理，其它对他来说几乎没有意义。“这是我唯一喜欢并且实际上很擅长的事情，所以我选择了物理，”他说。
他在香港科技大学脱颖而出，被聘请加入哥伦比亚大学正蓬勃发展的凝聚态物理项目。在那里，他全身心投入研究，除了偶尔的校内足球比赛外，几乎所有时间都在实验室度过。
年，麦建辉以博士后研究员身份来到康奈尔大学，此时单杰已回到凯斯西区。他们独自用石墨烯和其他材料进行了实验，也继续共同解开TMD的更多奥秘。
两人对TMD了解得越多，就越感兴趣。研究人员通常