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他一心垂钓物理“高冷湖”,一坚持就是12载春秋

发布时间:2017-06-20来源:国防科大作者: 姚宏浏览:

  “科研就像钓鱼。在探索和坚持过程中,忘掉了枯燥和时间,最终会享受鱼儿上钩出其不意的激动。”这是清华大学副校长、中科院院士、国防科大特聘教授薛其坤,常对学生说起的一个比喻。

  在常人眼里,凝聚态物理学深奥晦涩,枯燥无味,被视为物理学界的“高冷”湖泊。

  2005年,王广保送进入薛其坤院士门下,攻读凝聚态物理专业博士学位,曾获清华大学“启航奖学金”银奖;

  2010年,王广进入国防科大,相继在拓扑绝缘体、石墨烯等新型量子材料的物性调控和纳米器件的光电输运等方面取得一系列科研成果,探索下一代超高速、低能耗信息器件的创新应用。王广一心垂钓“高冷湖”,至今12载春秋。

  

  今天要介绍的主人公就是国防科大理学院工程物理研究所讲师王广!

  下面,我们一起去看看他是如何垂钓物理“高冷湖”的。

  潜心苦练垂钓功

  战国时期楚国哲学家詹何,苦练钓技5年,始尽其道。史载,其用单股蚕丝做钓线,芒刺做钩,细竹做钓竿,将一粒饭剖为两半做钓饵,即便钓上“盈车之鱼”,也是“纶不绝,钩不伸,竿不挠。”
  薛其坤院士非常重视基本功的训练,一个简单的操作,必须练到极致。入薛门的前两年,王广在枯燥重复的基本功训练中度过,只能帮高年级的师兄打下手和整理数据,没有老师的允许,绝对不能擅自操作实验仪器。整天看着师兄们动手做实验,王广也想早日参与其中,有时不免心浮气躁。薛老师点拨他说:“练好基本功有两个好处:一是科研机会来的时候,你有足够的技术水平去争取它;二是在整理大量实验数据的基础上,通过仔细分析,寻找规律,训练敏锐的物理直觉。”响鼓不用重锤。此后,王广整天泡在实验室,踏踏实实训练。
  薛其坤院士有个外号,叫“7-11”,他早上7点进实验室,晚上11点才离开。王广和老师“杠”上了,每天和薛院士比比,看谁先到实验室、谁最后离开。经过勤学苦练,王广的基本功达到了薛其坤教授定下的标准——盲人骑单车。操作变形金刚一样张牙舞爪的大型超高真空系统,就像骑自己的自行车一样,闭着眼睛都能骑。每次实验都要在几个真空腔之间来回传送样品,必须通过操作“变形金刚”长长的机械臂,精准“咬”住样品托的“耳朵”实现,如有丝毫偏差,很可能弄坏样品托或者掉样。传几次不掉样,一般人可能做得到,课题开展过程中,王广来回传样上千次,没有出现一次失误,没有相当厚实的基本功,根本无法实现。

  

  王广向特聘教授薛其坤介绍科研成果

  扎实的功底,令王广受益无穷。2009年起,他在薛教授指导下开展拓扑绝缘体薄膜分子束外延生长及电子性质研究。拓扑绝缘体是一类新型量子物态,具有很多新奇特性,在低能耗器件、自旋电子学和量子计算领域具有广阔的应用前景。能否制备出高质量拓扑绝缘体材料,是深入研究这种量子态和器件的最关键问题。许多单晶样品具有很大的缺陷密度并被严重掺杂,掩盖了其新奇物性,难以实现器件应用。王广通过分子束外延方法,在国际上首次实现了原子级平整的本征拓扑绝缘体薄膜的逐层生长,研究了其生长动力学机制,并且在不依赖外界掺杂的前提下,实现对化学势和载流子浓度的调控。王广凭借精湛的实验技术,成功制备出一系列高质量低缺陷的n型、p型半导体和本征拓扑绝缘体材料。
     2010和2011年,王广的两项重要研究成果均发表在国际顶尖期刊Advanced Materials上,被NPG Asia Materials作为研究亮点报道。这些工作为后来薛院士团队从实验上首次发现量子反常霍尔效应的重大突破奠定了坚实基础。

  莫羡他人钓金鳞

  临湖持竿,讲究心无杂虑,惟鱼之念。“科学研究来不得半点儿马虎,除了精力上的投入,在这个人人都急于出成果的年代,一定要守住初心。”虽然毕业多年,王广一直牢记薛老师的教诲。
  2013年起,王广通过分子束外延方法生长了拓扑绝缘体和过渡金属硫化物等高质量二维晶体薄膜,实现了范德瓦尔斯异质结的可控制备,并进行了异质结界面耦合机制、原子结构和电子性质的原位表征研究。

  2016年8月,正当他努力攻关某课题时,国外一个课题组抢先发表了相关的研究论文。基础研究创新的竞争只有第一,没有第二,这意味着,即便王广的研究取得突破,也失去了原创性。有人开玩笑说:“此处已无大鱼钓,收回丝纶另下钩。”
       王广却认为,别人虽然率先取得突破,但研究还远远没有达到极致,水底还有“盈车之鱼”。于是,他重新梳理研究思路,和学生一起在实验室加班加点埋头苦干,短短两个多月里取得了一系列更精细更完善的实验结果。通过改变生长温度和退火条件,精确调控半导体型2H相和半金属型1T’相二碲化钼的比例,构建全新的面内异相同质结。这种结构在相变可调电子学和光电子器件领域有巨大的应用潜力。如果依托这种新型材料生产出的电子元器件,配上强大的电池,手机和笔记本电脑等电子设备充一次电使用一年将不是梦想。2017年2月,该研究成果在国际知名期刊Carbon上发表。

  

  王广向刘忠范院士介绍科研成果

  慧眼识鱼不移手

  湖光水色耀人眼,钓鱼需要一双慧眼,能辨别水底是否有鱼。做科学研究也一样,需要科学的眼光,如果判定水中有鱼,就必须坚持,等待鱼儿上钩。王广对薛老师的比喻越来越有同感。

  2014年起,王广所在的科研团队开展了石墨烯场效应器件的构建测试与电子输运特性研究,首次在石墨烯场效应晶体管中发现电流诱导掺杂效应、电流自增益效应以及异质结中空间电荷限制输运效应。然而金属电极与石墨烯接触的肖特基势垒对于器件性能存在严重影响,因此选择接触良好的电极非常重要。一次实验过程中,一位博士生在调节电子束辐照时,因操作不当,导致抗蚀剂过量曝光,失去了保护器件的性能。大家有些垂头丧气之时,王广一方面为大伙鼓劲加油,一方面决定调整实验思路,重点研究被烧坏的抗蚀剂。经过认真分析发现,抗蚀剂烧坏之后变成了导电性能良好的碳,刚好能做为场效应器件的电极。进一步的测试表明,碳质电极石墨烯晶体管性能优异,减少了复杂的工艺步骤和对石墨烯的污染。
  于是,他们商量决定将错就错,提出并制备了一种全碳基石墨烯场效应晶体管,为纳米电子器件电极材料和制备工艺提供了一种全新的选择。2015年7月,该研究成果发表在国际知名期刊Scientific Reports上,并得到了审稿专家的一致好评。

  

  王广在指导学生实验

  此心终待得鱼归,不懈的坚持和等待,王广终于享受到了鱼儿上钩时那种出其不意的惊喜。

  短评|深耕基础研究这片“沃土”

  面对精密的大型实验系统,他苦练技能,练就上千次操作不掉样的一手“绝活”;面对激烈的国际学术竞争,他坚守初心,潜心钻研闯出一条自主创新的蹊径。青年科技工作者王广,把个人价值追求扎根于基础研究这片“沃土”中,矢志不渝追求强军梦想,在科技强军的大舞台上展示了新一代革命军人的血性担当和时代风采。
  当前,基础研究正在不断向宏观拓展、微观深入,交叉融合汇聚,一些基础科学问题正在孕育重大突破,而这些领域的重大发现必将引发军事技术和武器装备方面的新突破。青年科技工作者是最具创造力、创新力的群体,要积极为青年科技工作者营造创新成才的氛围,搭建展示才华的广阔舞台,鼓励他们潜心钻研,敢于突破,勇攀高峰,做科技攻关的先行者、专业领域的领先者。

  ——理学院院长  王雪松

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