李旺

首页 >科教 >科技英才 > 正文

张远波:为挖到漂亮的“宝贝”而兴奋不已

中华英才 作者:齐殿斌 2017-04-16 10:42

核心提示: 专访“中国优秀青年科技人才奖”获得者、复旦大学物理系教授张远波。

643061

他出生在一个小山村,竞赛获奖让他跨进大学校园,痴迷物理让他走上科研之路;国外求学工作十年,科研有突破性进展,论文发表在国际知名学术期刊上;回国加盟复旦,宽松的科研环境让他乐此不疲,做出了一批国际领先的成果。在看似枯燥的基础科学研究领域,他看到了别样的色彩斑斓的世界,并不断有新的发现……

2016年6月2日,在中国科学技术协会第九次全国代表大会闭幕会上,宣布了“中国优秀青年科技人才”奖获得者名单。一位来自上海复旦大学的大学生模样的年轻人和其他获奖者一起走上主席台,接受中国科协领导同志颁发的奖励证书和奖章。他就是年仅38岁的复旦大学物理系教授张远波。有媒体披露,他曾被爱思唯尔评为中国大陆地区物理与天文学科高被引学者榜单的第一名。

作为身居高校教学科研第一线的年轻教授,张远波为什么会从全国推选的众多有效候选人中脱颖而出,成为“中国优秀青年科技人才”奖获奖者之一?中国科协又为什么会向《中华英才》推荐他作为重点采访报道对象?几经联系,记者近日在复旦大学校园内的科学楼采访了张远波,听他讲述自己的科研之路,讲述他和他的团队做科研的故事,讲述他从事科研的体会和感受……

痴迷物理,开启精彩科研之路

“我1978年出生于河南省信阳县董家河乡一个叫雷家塆的小山村。在这里我度过了五岁之前这段时光。父亲当时是村子小学里的民办教师,母亲务农,家里还有一个妹妹。”张远波多年后听父母提到这段岁月,才知道父母当年是多么的不容易,但他自己回忆起来的童年却是非常的幸福。在他五岁那年,因为父亲工作调动,他们一家举家迁到了董家河乡街道。“在这里我读完了小学和初中。我课业成绩很普通,课程之外的时间都是在无忧无虑的玩耍中度过。”

在初二留了一级之后,张远波的学习成绩才逐渐赶上来。在老师的鼓励下,他参加了数学、物理等竞赛。“没有专门的老师辅导,就是买来一些书籍,自己一边看一边琢磨。”那年,张远波参加全国数学竞赛并获得了三等奖。“竞赛成绩不算太好,但在当时的农村中学已经不错了。”也是因为竞赛获奖,1993年张远波被保送到信阳县的重点高中——县第一高中。

张远波觉得,在高中的那段日子非常辛苦,除了当时恶劣的食宿条件,更是因为繁重的课业。在升学压力下,学校实行的是封闭式管理,每周7天上课时间,唯一的休息是周六晚上。“即使这样,我还是发现了物理的有趣,自己去找一些课程之外的书来看。这被我当时的物理老师王川亮注意到,他给了我很多的支持,并鼓励我参加全国物理竞赛。”在1995年的全国中学生物理竞赛中,张远波获得了河南省一等奖,并因此保送进入北京大学技术物理系。

大学的生活一下子自由丰富起来。就像鱼儿游进了大海,各种的报告、社团、社会实践吸引着张远波。同时他还辅修了北京大学中国经济研究中心开设的经济双学位课程。“最吸引我的还是物理,我至今还记得教我们普通物理的白发老先生许方官教授的精彩课程。”从此,张远波痴迷上了物理。

“在当时出国读博士是有心学物理的学生的首选。于是我准备出国,并得到了美国哥伦比亚大学全额奖学金。”2000年,张远波从北京飞到纽约,开始了他在美国的10年求学生涯。

在哥伦比亚大学,张远波有幸遇到了同样是刚刚加入物理系的年轻教授Philip Kim。在他的实验室,张远波第一次接触到了实验凝聚态物理,并从此沉迷其中。经过不懈的努力,他们对石墨烯的研究在2005年终于有了突破性的进展。“这一个工作后来成为了石墨烯领域的一个比较重要的成果。”张远波高兴地告诉记者,在哥伦比亚大学,他还遇到了现在的妻子谭砚文。“研究生的生活虽然清贫,但我们一起在纽约的日子却是非常快乐的。”

2006年,张远波获得博士学位,作为Miller研究员在伯克利物理系Crommie实验室度过了三年博士后时光,之后2010年在IBM的Almaden研究中心做了一个短期的博士后。他的研究成果在国际同行间也得到公认,在2010年获得了国际基础与应用物理联合会(IUPAP)颁发的青年科学家奖。

加盟复旦,作出国际领先成果

“国外终究不是久留之地。”2008年底,张远波利用两个月回国探亲的时间,参观考察了国内多所著名大学。他感到,当时国内大学的科研环境并不像国外传说的那样,大家都很有拼搏精神,特别是复旦大学宽松的教学科研气氛,年轻人开心地学习工作,给他留下了美好的印象。由此,他决心回国做科研。

643060
能不能在众多不可能中找到新的出路,对年轻人来说也是一种必不可少的训练

2011年是张远波人生里又一个重大的转折。他婉拒了美国大学的工作机会,作为特聘教授正式加盟复旦大学,并入选“青年千人计划”专家,开始了新的独立的研究生涯。在之后的几年里,他带领着一群有朝气的年轻博士生组成了自己的科研团队,搭建了自己的实验室,也深深体会了从头做起的艰辛与快乐。

资料显示,张远波研究方向为低维纳米体系,在量子输运、扫描隧道显微和能谱技术,以及远红外能谱领域积累了丰富的研究经验,取得了具有国际影响力的成果。2005年与合作者在石墨烯中发现反常的量子霍尔效应,首次发现石墨烯中载流子为等效相对论性粒子,并在同一系统中发现了室温下的量子霍尔效应,引领了国际石墨烯研究。他还一直致力于新型二维材料以及新型二维材料中的新物理的探索,2014年与合作者首次制备了基于新型二维材料黑磷的器件,开辟了二维黑磷这一研究方向。

张远波及其团队做的是基础科学研究。搞基础科学不是很枯燥吗?“我还真的从来没有觉得自己的研究很枯燥,而且偶尔会看到很神奇的东西,对我来说,这反而是一个色彩斑斓的世界。”张远波说,我们做科研犹如挖宝,没有宝物的地图,大多时候只有一些依稀的直觉,有时甚至不知道会挖到什么样的宝贝。虽然挖的过程很艰苦,但乐此不疲地寻找,偶尔会挖到漂亮的“宝贝”,让人兴奋不已。

张远波的研究方向是二维材料。石墨烯就是二维材料,但它作为电子材料是有局限的,因为没有能隙,没办法做传统意义上的晶体管。为此,张远波一直在寻找新的二维材料。2011年底,一个机缘让他遇到了中国科技大学教授陈仙辉。得知黑磷这个100多年前发现的材料也是二维的层状材料,而且属于半导体,有能隙结构,双方当即决定合作。陈仙辉教授生长高质量单晶,张远波团队把它做成二维器件,然后研究它的性质,结果发现果然有很好的器件性能。

他们研究黑磷的工作,第一次把人们的注意力吸引到这个新型二维材料,首次展示了它优异的半导体器件性能。这个工作走在美国类似研究的前面,以论文的形式于2014年发表,在国际上引起很大反响,目前国际上有多个团队在进行跟进研究。

这项研究工作显示,黑磷作为一个能带可调的直接带隙半导体,在未来的光电子应用上有巨大潜力。研究成果在2014年被国家自然基金委作为“年度十大成果之一”呈报。尤为可贵的是,在这个基础上,张远波进一步做出了包括黑磷中量子霍尔效应等一批国际领先的成果,继续引领黑磷研究。

勤于思考,坚持下去总会有收获

当年他在与陈仙辉教授讨论时得知,一直未进入人们视野的黑磷有可能在二维半导体器件领域有新的用处。随后,他们用研究石墨烯的方法,发现在无氧无水的环境下,黑磷保持了非常好的半导体特性,甚至超过了现有的硅。

当前硅材料半导体器件已经进入纳米尺度,器件的进一步缩小遇到不小的困难。二维材料是解决这些困难的一个方向。而学术界一直看好的石墨烯无法成为半导体器件材料。黑磷新特性的发现使得大家又振奋起来。

“其实更多的时候,科研是从一些后来发现是错误的想法开始的,几经波折走向正确的结果。而这考验的是科学家的抗压能力。能不能在众多不可能中找到新的出路,对年轻人来说也是一种必不可少的训练。”

张远波读博士时,导师提出的二维石墨烯研究吸引了他。经历无数次的尝试后,张远波在石墨薄层的制备方面取得了一些进展,但是离最终的目标——单个原子层的石墨烯——还有很大的距离。正在此时,英国Geim研究组的类似研究成果突然出现在《科学》杂志上。而Geim研究组的这一成果后来获得了2010年的诺贝尔奖。

这使得张远波和他的导师从激动立刻陷入了沮丧,“科学研究就是这样,永远都是第一个成功的才有意义。当时我也已经在这一项目上花费了将近两年时间。”张远波说。

“当时在这条路上走了一半,却不知道如何走下去。这往往是最难熬的时刻。但是这些年里,我也接触了很多青年科学家,发现很多都有跟我类似的经历。我甚至觉得,如果一个人在年轻时没有这样的经历,是不完整的。”

经历了沮丧和失落,他们发现在同一个研究方向,可以更换研究方法得到更深入的结果。博士毕业前,张远波终于获得了理想的研究成果,观察到了全新的物理现象“半整数反常量子霍尔效应”,这一次,他们没有落后于国际上其他的课题组,他们的论文与Geim研究组的论文同时面世。

“在研究黑磷前,我们也研究过很多不同的材料。有时候我们花费了很长时间发现我们原本的某个想法其实是错的。有些时候,我们研究了一半又走不下去了,只能放下。但是过两年,看到在同一个方向,别人做出了结果。研究就是这样充满曲折,但没有哪一刻是枯燥无聊的。”张远波告诉记者。

他说:“在国内受教育时,知识往往被老师包装成一个完整的体系教给学生。这让我在很长一段时间内都有一个很大的错觉,觉得要完全掌握这些完整的体系,才能有自己的发现。但当我开始独立研究后发现,不管知道多少,只要勤于思考,总会有收获。”

张远波强调,如果你碰到一个无法解决的问题,或者感到凭自己的学识难以完成任务,这个时候还是要有胆量接受这个挑战,而不是按部就班地去做舒舒服服就能完成的事。这样坚持做下去,你会发现你可能会做到你之前无法想象的事情。

创新环境,为科研提供广阔空间

去年获得“中国优秀青年科技人才”奖之后,张远波在中国科协组织的媒体见面会上表示:“获此殊荣,离不开当下国内良好的创新环境,我很幸运自己赶上了。”

643059
张远波在“中国优秀青年科技人才”奖表彰会上  齐殿斌摄

张远波结合自己的研究谈了基础科研和创新的关系。从古到今,材料在人类发展中都有着非常重要的作用,例如铜器时代、铁器时代,都是用材料来命名的。如今大家使用的手机、电脑等,都基于很多年前材料的研究和发现。而我们的研究是在材料的最底层,即寻找新的材料,研究它们的物理属性。“虽然我从事的是基础科研,目前还没有应用的可能,但是有了这样的研究积累,其中的一些成果就有可能在多年以后转化为应用。”张远波以他研究并取得成果的一种新型二维材料——黑磷为例做了进一步说明。他坦言,黑磷的研究成果要对现在的产业有影响,时间可能是以10年为计算单位,而且未必一帆风顺。但是此类的研究多了,总有一些会脱颖而出,真正变得有用。历史上类似的例子很多。

张远波在国外求学工作十年,归国六年,对国内的创新环境有着自己的体会:“从经费支持、工作环境以及学生素质来看,国内的创新环境在有些方面已经超越美国。过去海归有时就意味放弃了国外优厚工作基础,牺牲自我,现在已经不再适用。国内的创新环境如今有着非常大的吸引力”。

在张远波眼中,当前我国基础研究领域大环境还在不断完善,科技工作者们可以脚踏实地进行有意义的创新研究。而就研究本身而言,随着国内科研环境的日趋向好,国内在某些基础研究领域也越来越接近国际最高水平。

在采访张远波的时候,听到他提到最多的是,“现在国内对基础研究的投入比较多,而且我所在的小环境比较好,使我能够有足够发展自己科研的空间。”他所说的“小环境”就是复旦大学物理系。2011年张远波全职加入复旦大学物理系时,是以特聘教授的身份入职的。在复旦物理系这个校内最先与国外大学的治理方式接轨的地方,张远波入职的前几年并没有量化的考核。

“我花了三四年的时间组建实验室、培养学生。也无需考虑论文或者是任何其他功利的目标。如果我一入职就有严格的考评,那么我可能会不得不考虑那些功利的评价标准。如果我的独立研究建立得慢,那么我的研究之路也会与现在不同。”看得出来,张远波对如今国内的科研环境特别是复旦的“小环境”感到很满意。

对于有志于从事科研的年轻人,张远波最想说的一句话是:“年轻人刚刚踏入一个新的领域或者方向,这个时候不要担心自己能力不够,能不能胜任,拿出勇气,看准目标不怕困难一直做下去,很可能会有科研突破。”

“我不算是一个非常聪明的人。如果说取得了一些成绩的话,首先是对科研有兴趣,同时还有努力和坚持。灵感是勤于思考、充分准备的结果。”张远波这样概括自己的成功之道,而他的个人愿望“就是在新材料、新物理方面有一些新的发现,以不负‘中国优秀青年科技人才’的荣誉称号。”

张远波

1978年出生于河南信阳。复旦大学教授,博士生导师。2000年毕业于北京大学物理系,获学士学位,2000年8月赴美国哥伦比亚大学物理系,于2006年获博士学位。同年获美国加州大学伯克利分校Miller Fellowship,从事博士后研究。2010年在IBM Almaden Research Center从事博士后研究。2011年回国任复旦大学物理系教授。其研究方向为低维纳米体系,在量子输运、扫描隧道显微和能谱技术,以及远红外能谱领域积累了丰富的研究经验,取得了具有国际影响力的成果。共发表论文近40篇,被引用超过11000次。2010年获国际基础与应用物理联合会颁发的青年科学家奖;2011年入选国家“青年千人计划”;2013年获“求是杰出青年学者奖”;2016年获“中国优秀青年科技人才”奖。

(2017.04.01 第07期)