作者简介：欧阳稳根，男，武汉大学土木建筑工程学院工程力学系教授，国家级青年人才，本科毕业于武汉大学工程力学专业，博士毕业于清华大学航天航空学院工程力学系，师从郑泉水院士，随后在以色列特拉维夫大学完成博士后研究。研究方向为表界面力学与微纳米摩擦学，聚焦于建立多尺度力学模型、发展高效计算方法、以及搭建原位精细测量平台来研究并揭示微尺度界面力学与摩擦磨损的微观机理。自入职武汉大学以来，以第一/通讯作者身份在Nature、Physical Review Letters、Advanced Materials、ACS Nano、Nano Letters、National Science Review等期刊发表学术论文20余篇。所开发的计算方法已被纳入广泛使用的开源分子动力学软件LAMMPS（https://docs.lammps.org/pair_ilp_graphene_hbn.html），得到了开发者的高度评价，被广泛应用于研究范德华界面的力学、热学、电学以及摩擦学性质。
2024年3月27日，我的团队与上海交通大学史志文教授团队合作在Nature（《自然》）发表了关于超长石墨烯纳米条带生长机制的最新研究成果，论文题目为“Graphene Nanoribbons Grown in hBN Stacks for High-Performance Electronics”。该研究成功实现了超长、超窄、单手性石墨烯纳米带在六方氮化硼晶体层间的生长，并验证了这种纳米带可用于制备高性能场效应晶体管。我作为论文通讯作者之一，经历和见证了此项成果产生的全过程，深感科研合作的意义和价值，特加以回顾，愿能给大家的工作带来有益参考和启发。
说到合作的缘起，要将时间回溯到2021年1月，那时我刚办完武汉大学入职手续，有一天收到以色列博后导师（Michael Urbakh）的邮件（见下图），信中说上海交通大学一位老师来寻求和我们的合作，问我是否感兴趣。仔细阅读邮件后，才明白其中缘由：上海交大史志文老师他们发展了一种在六方氮化硼（hexagonal boron nitride, hBN）基底上生长石墨烯纳米条带（graphene nanoribbons, GNR）的方法，实验结果显示GNR生长的方式伴随着GNR在hBN基底上的滑移，由于摩擦力的存在，他们之前认为这种生长方式是难以理解的，不过在阅读了我们在2018年发表在Nano Letters上的文章后，觉得相关的模拟结果也许可以用来解释实验上观测到的GNR生长机制，所以发邮件来询问是否可以展开合作。答案显然是肯定的，通过邮件沟通，我们确定了三天后的线上讨论时间，自此开启了我们两周一讨论的正式合作历程。自2021年至今，我们合作在Advanced Materials 和Nature上发表了两篇文章。
如今回想起来，合作的种子其实在2018年就埋下了，只是当时并不知道。记得2018年做GNR在hBN上滑动的工作纯粹是出于发现了一个有意思的现象。这个工作的大背景是：以石墨烯为代表的范德华层状材料，因其独特的晶格结构（层内通过强化学键、层间通过弱范德华相互作用结合）而呈现强各向异性性质，包括其优异的电学、力学、热学与摩擦学性质等。更进一步的研究发现，通过调控两层石墨烯之间的相对扭转角，可以实现在特殊角度实现超导现象，在非公度角度实现结构超润滑现象。实验发现这些奇特的现象和界面形成的摩尔超晶格以及范德华相互作用密切相关。要理解其中的微观机制，需借助计算模拟，而采用什么模拟方法才能得到准确的结果是关键所在。当时的研究发现，学者们常用的用来描述范德华相互作用的Lennard-Jones（LJ）势函数无法准确模拟范德华层状材料的层间相互作用，所以人们发展了各向异性势函数（ILP），我当时在以色列的合作者Oded Hod教授在其中作出了重要的贡献。但当时面临的一个问题是，虽然ILP相较LJ更为准确，但是其计算量更大，由于缺乏高效算法，一直未能得到广泛应用。
所以在刚去以色列做博后不久（2017年），我就想针对ILP写一个高效一点的算法，方便后续的研究。但我的导师Urbakh教授当时不太建议我在代码上面花太多时间，因为博后的时间很宝贵，况且当时Hod教授的一个学生写了一个简单代码，并行效率虽然很低，但可以直接拿来用，在我前面的一个博后就是这么做的。但综合考量之后，我还是决定写一个能高效并行运行的代码，为此我阅读了大量代码方面的文献和书籍，我以为自己能很快搞定，但这个代码的复杂程度超出了我最初的预计，最后花了半年多的时间才最终修改完成，而在这期间我科研方面的进展几乎为零。当时压力其实还是非常大的，中间也有过动摇，但最初的念想还是支撑我走了过来。其实在此过程中也不是一无所获，除了极大地提升了自己的编程能力，还发了之前Hod教授学生写的代码的几个错漏之处，并且顺带写了一个高效拟合程序，可用于快速自动标定力场参数，而在这之前，Hod教授的学生是通过手动将参数调出来的，花费了巨大的工作量。在此基础上我重新拟合了势参数，使得即使在高压条件下，模拟的结果仍能和实验吻合良好，这个工作后来发在了计算化学的顶刊上。
为了方便相关领域的学者使用，我们决定将代码开源公开，考虑到LAMMPS是当前最为广泛应用的开源分子动力学软件，我将代码按照LAMMPS格式修改并提交到官方，因为代码写得规范，很快就被嵌入其主代码了。LAMMPS主要的开发和维护者Axel Kohlmeyer对我写的势函数代码给予了高度评价：“感谢您提供新的势函数及其参数文件。这是一个完成度非常高，代码也写得很好的势函数。我还使用这些附加参数更新了用作参考的运行测试。”详见：https://github.com/lammps/lammps/pull/839。
有了高效代码这个“利器”之后，我就想简单算个大规模的例子以表明其高效性，然后发个小文章。和导师讨论后选择了模拟GNR在hBN上的滑动，由于计算效率高，我很快就得到了初步的结果，导师很高兴。经过分析我们发现了一个非常有意思的现象：GNR在hBN上的滑动不是沿着直线，而是像蛇一样通过弯扭身躯前进。为了解释这个反直觉的现象，我们对GNR在hBN上滑动的动力学行为进行了系统的模拟，揭示了其微观机制是界面变形和摩尔云纹的相互耦合所导致的。最终这项工作以“Nanoserpents: Graphene Nanoribbon Motion on Two-Dimensional Hexagonal Materials”为题发表在国际知名期刊Nano Letters上，并被选为当期内页封面（见图）。此项工作完成后，我转而利用开发的计算方法研究其他课题，并未在纳米条带的方向上开展进一步研究，直到后来收到史老师的邮件。
做计算模拟的学者有一个共识，就是开发计算方法其实是有点“吃力不讨好”的，因为要做一个可靠的计算方法，需要仔细的检验与标定，工作量相比直接使用现成的方法至少要大好几倍，而发表成果的速度又要慢好几倍，且纯计算方法的文章一般很难发一个影响因子高的杂志，这些因素综合下来，使得愿意开发计算方法的学者并不是很多。我回国入职后还是决定将扩充完善之前发展计算方法作为研究方向之一，因为这是后续研究一个必须的工具，并以此为课题申请了一个青年基金。我至今记得当年写出第一版代码时那种纯粹的喜悦之情，正是这种体验，让我有此选择。今年这个基金就要结题了，应该说成果还是蛮丰富的，我带领学生构建了一个适用于发展各类范德华层状材料层间力场的方法框架，并将其成功用于研究多类范德华异质结体系（如二维金属硫族化合物、二维金刚石、氢化石墨烯等）的力学、电学、热学与摩擦学性质，相关成果以第一/通讯作者身份在Nature、Physical Review Letters、Advanced Materials、Nano Letters、National Science Review、Journal of the Mechanics and Physics of Solids等期刊发表学术论文20余篇。所有开发的力场均已被纳入广泛使用的开源分子动力学软件LAMMPS（https://docs.lammps.org/pair_ilp_graphene_hbn.html；https://docs.lammps.org/pair_ilp_tmd.html），并得到了开发者的高度评价。
从这段经历中，让我感受最深的是，做科研还是要有纯粹的好奇心，而不能有太多功利心。如果我当时想着怎么快速发文章而放弃花半年时间撰写代码，就不会有2018年Nano Letters的工作，也就不会有后来一系列的丰富成果以及与史老师的合作和现在这篇Nature论文。有时候做科学研究就是这么奇妙！
最后特别值得一提的是，我能在短时间内取得上述学术成绩，离不开武汉大学和土木建筑工程学院的大力支持，学校和学院的人才引进政策为我这样一位新入职的老师提供了充足的科研启动经费和博士生指标，使得我能够快速组建研究团队，开展科研工作，在此真诚致谢！
