华侨网 金融财经 在原子世界里“搭积木”(讲述·弘扬科学家精神)

在原子世界里“搭积木”(讲述·弘扬科学家精神)

  缪峰在作学术报告。
  受访者供图

  人物名片

  缪峰:1982年生,江苏海安人,南京大学物理学院教授、博士生导师、副院长,南京大学类脑智能科技研究中心主任。主要从事凝聚态物理、纳米电子学领域研究,具体方向包括二维材料量子调控研究、二维材料信息器件研究等。先后获得过江苏省双创计划、江苏省杰出青年基金、国家杰出青年科学基金等资助。2021年获中国物理学会“黄昆物理奖”。

 

  搭积木并不稀奇,但在原子世界里“搭积木”却令人难以想象。南京大学物理学院的一间实验室里,在一台改装过的显微镜下,南京大学教授、博士生导师缪峰将石墨烯、氮化硼、硫化钼等透明的原子片层一层一层叠加在一起,如同一本薄薄的书。

  “原子积木”有什么用?这是一个从原子世界出发,研发新材料,实现新属性和新功能的前沿领域。“单个原子太小,看不见也摸不着,将其组成一个片层就能看到。”缪峰说,把金属、半导体、绝缘体等不同类型的原子片层叠加起来,会形成新材料,拥有新属性,好比把苹果切片和芒果切片叠加起来,会得到一种全新的口味。

  2022年9月,国际顶级学术期刊《自然》在线发表了缪峰团队在量子模拟前沿的最新突破——把两个石墨烯双原子层以旋转180度+0.75度的角度叠加,施加一个垂直电场后,得到了一种全新的量子材料,并首次观测到量子“中间态”。这一创新成果,未来有望应用于人工智能硬件技术开发领域,改变人们的生活。

  从小立志学习物理,大学毕业后瞄准二维材料领域前沿

  2004年夏天,南京禄口国际机场,看着儿子背起行囊出国留学的背影,缪峰的父亲不禁感叹:以后再想见到儿子怕是难了。但缪峰坚定地告诉父亲——自己一定会回来的。“我从小内心就比较笃定,知道自己喜欢什么、要做什么。”缪峰说。

  缪峰,1982年出生于江苏省南通市海安县。小时候,父母工作忙,他就喜欢捣鼓制作一些小玩具,对生活中的电子产品都特别感兴趣。他曾将太阳帽上的电动小马达拆下来,安装到做好的小木船上,改造成电动船,跟小伙伴们一起玩。上小学时,他就把家里的电视机拆了,研究里面的电路板;雷雨天,家里的保险丝烧断了,每次都是他自己动手更换。

  高中毕业时,父母想让缪峰报考医学院,但他毫不犹豫地填报了南京大学物理学系(现南京大学物理学院)。本科毕业后,他又按照自己的想法,出国攻读物理学博士学位,选择了当时还很少人关注的二维材料领域,围绕其基础物理性质开展研究。

  二维材料是世界上最薄的材料,厚度仅有一个原子。“要在实验中获取这样薄的材料非常具有挑战性——需要用最锋利的‘刀’才能‘削’出来。在实验过程中,我和导师一起边干边学。”缪峰说。

  博士毕业后,缪峰出人意料地选择到产业实践中锻炼自己。“我想换个视角,学会从产业发展的角度判断基础研究的价值。”缪峰说。

  博士后阶段完成后,缪峰的同学和同事有很多都留在了国外知名高校任教,或者创业,但缪峰选择了回国,在2012年回到母校南京大学物理学院任教。

  “这个决定其实早在8年前出国留学时就做出了,一直不曾改变。”缪峰说。

  敢闯敢试,在基础和应用领域间“架桥”,攻关视觉传感器等项目

  回到南京大学以后,缪峰按照自己所学的两个细分领域——二维材料基础物性和智能器件,分别招收学生和培养人才。这两个领域之间几乎没有学术关联,一个是从0到0.1的原创性基础研究,另一个是从1到10的产业化应用研究。但回国4年后,经过不断的探索,缪峰打算在这两个领域之间搭建起一座“立交桥”。

  “我专门设立了一个从0.1到1的交叉方向,打破基础和应用两个方向之间的壁垒。”缪峰说,这样一来,基础研究方向的学生就会关注应用落地等实际需求,应用研究方向的学生也会关注基础领域的突破。一类新型的视觉传感器,就是这种“融合”的产物。

  “人的眼睛之所以能一边看一边识别判断,是因为在视网膜上分布着不同的视觉细胞。特别是有一种特殊的双极细胞,当光线照进来时,会将光转变为正负两种不同的电信号。”缪峰解释说,用“原子积木”拼成的新材料,如果能够模拟视网膜的双极细胞,实现对光的正负响应,就可能变得像人眼一样“聪明”。

  从2017年开始,缪峰团队开始攻关视觉传感器的科研项目,其应用有望在智慧交通、智能安保等领域发挥重要作用。“目前,我们已设计出耐高温忆阻器、弹道雪崩探测器、室温高灵敏红外探测器等几十种新型信息器件。从设计图纸到实验室原型再到生产线,实现初步应用一般需要三到五年。”缪峰说。

  精神传承,引导学生志存高远,成长为对国家有用的人

  在搭建“立交桥”过程中,缪峰得到了南京大学物理学院前辈邢定钰院士的支持。

  “两个学科的融合发展,本身就很有挑战性——不能一头高一头低,否则会基础不牢;搭建‘桥梁’更是难上加难——要修得平、跑得稳,不然难以成功。”缪峰说,他曾经对要不要选择最具挑战性的研究方向有些犹豫,但邢院士鼓励他:“有新的方向就要去闯,搞科研不能怕失败。”

  得知中科院的一个院士团队在二维材料原材料合成上有新技术,邢定钰牵线搭桥帮助双方开展合作,为后续研究提供了高质量的样品。

  “读本科时,邢院士给我们上统计物理课,很多公式都是现场推导的。他对教学的严谨、对科研的执着,深深影响了我。”缪峰说,他从邢定钰院士年轻时留学的故事中,深深感受到了科研报国的热忱。如今,这份热忱,也通过缪峰传递给了更多年轻学子。

  “国家发展需要科技实力的支撑,我们一定要志存高远,成长为对国家有用的人。”去年秋季学期的一次大会上,缪峰向学生们讲起了自己和前辈的科研经历,“要有与全世界最好的团队赛跑、并跑,甚至领跑的决心,要有敢于攻克世界科学难题的精气神!”

  入职10年,缪峰已带出近20名博士毕业生。学生们遇到科研难题,缪峰都会耐心地指导、帮助,有时甚至一起加班到凌晨,“我想告诉学生在关键环节不能后退,也想让他们知道,大家是一个团队,在学术道路上要一起携手奋斗。”

  2014级博士生小高,面试时的表现不太好。“我原本拒绝了他,但他一次次表示很想加入我们团队,让我想起了年轻时的自己。”缪峰说,他被这份真诚与执着打动了。小高入学后,缪峰一直引导他将这份执着精神投入到科研创新上。

  搭建一回“原子积木”,需要好几天不间断的工作,只要一步出错就要推倒重来。为此,小高晚上经常睡在实验室,力求把工作做到完美,读博期间就有了多项重要成果。“现在,小高正在国外做博士后,他学成后也将回国效力。”缪峰话语中透着自豪。

 

  学以报国是最大动力(记者手记)

  采访中,记者印象最深的是缪峰谈及回国选择时说,那年在南京禄口机场,他并不是单纯地想安慰父亲,他在出国前就已下定决心,一定要回来。去,就是为了回。

  一次次选择全新研究领域,一次次向科学高峰发起冲击,学以报国是他最大的动力。不能把搞科研仅仅当成是发几篇文章,那样对国家无益,对学科发展无益,他不愿那样做。缪峰经常对自己的学生说,要坚定学术理想,更要立足于国家需求、民生需求,要将个人成长同国家发展紧紧地联系起来。他是这样说的,也是这样做的。

  《 人民日报 》( 2023年02月22日 06 版)

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