跨越荆棘至巅峰

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跨越荆棘至巅峰


科学时报 A2版 2007-2-28

跨越荆棘至巅峰

——记本届国家自然科学奖一等奖获得者闵乃本院士课题组

作者：罗静 秦刚

2006年国家自然科学奖一等奖的获奖课题“介电体超晶格材料的设计、制备、性能和应用”听起来虽然晦涩，但闵乃本院士两个多小时深入浅出的讲解，却让笔者明白了课题组为何最终能够抱得大奖归的真谛。

2月27日，来自南京大学的闵乃本以及朱永元、祝世宁、陆亚林、陆延青教授的课题组接过了中国自然科学界科研成果的这一最高奖项。

接过奖杯，闵乃本道出了课题研究的曲折经历：“这一项目从提出基本概念、建立基本理论、证实基本效应，一直到最终研制成功全新的原型器件，历经19年。这不是一个人能完成的，也不是我们得奖的这5个人完成的，还有陈延峰、王振林、王慧田和何京良等教授，以及名字没有写进证书的许多人。”

组建队伍 合力攻关

1984年，中国发生的两件大事鼓舞了时为晶体生成领域新星的闵乃本，使他感到自己的学术设想有了实现的客观条件：一是中央决定建立国家自然科学基金委员会，二是南京大学固体微结构物理国家重点实验室成为国家计委确立建设的首批4个国家重点实验室之一。

当时，闵乃本49岁，意识到不可能一个人单枪匹马地完成全部学术设想，他从美国访问归来后便开始致力于组建团队，一边培养学生一边开拓研究。

为了解决人才的断层问题，闵乃本决定从77级、78级学生中选拔一批优秀的年轻人做自己的研究生。1982年从南大毕业的朱永元先在苏州一家工厂工作了3年，1985年被闵乃本招进课题组专门作超晶格方面的研究；老三届毕业生祝世宁以及年轻一些的陆亚林、陆延青也相继进入闵乃本课题组，成为他的博士生。考虑到研究项目很有可能从纯基础的科学发展到应用，于是从1986年开始，闵乃本设想招收一些具有工科背景的研究生。1999年以后，课题组又先后引进了非线性光学专家王慧田教授和固体激光技术专家何京良教授。就这样，一支理工结合、知识与年龄结构合理的梯队开始了漫长而艰辛的攀登之路。

作为学术带头人，闵乃本深知，在中国对年轻人仅有学术上的关心并不够，还必须关心、改善他们的生活，为他们安心科研工作创造条件。20世纪90年代初，一次闵乃本去北京参加学术会议，在南京开往北京的卧铺车厢里认识了企业家吴思伟，素昧平生的两人聊得很投机。受闵乃本的感染，临别前，吴思伟表示愿意无偿为改善青年研究人员的生活条件提供一笔资助。就这样，闵乃本用自己牵线的这笔资助在物理系、材料系和微结构实验室设立了“克力奖研金”，每位获奖者每个月可以获得1000元的补贴，这在当时比闵乃本自己的工资还要高。“这些客观的运气也为我们能在1997年之前的困难条件下保存一支队伍发挥了不小的作用。”闵乃本笑着说。

不仅要留住人才，还要对人才进行培养。当自己的学生留下来成为了合作者后，闵乃本更是不遗余力地帮助他们走出国门，拓宽知识面。闵乃本课题组的每一位成员都在工作了两三年取得一些成就后以专家的身份赴欧美等国最有名的研究组从事合作研究。通过这种出国访学和交流，课题组成员增强了参与国际合作与竞争的意识和能力，眼界也更加开阔，促使课题的发展呈现良性循环。

甘于寂寞 勇于创新

创新是闵乃本课题组摘得本届国家自然科学奖一等奖的关键所在。对于创新，闵乃本有着独到的见解：在继承前人的基础上才能发展，在发展当代前沿的过程中才能创新。这实际上有一个自然的积累过程，不能以功利为目的，不能急于求成，要甘坐冷板凳。

“我们这个获奖课题的设想不是凭空从天上掉下来的，而是有所继承的。”1962年，美国的诺贝尔奖得主Bloembergen提出了准位相匹配理论，但这个理论一直没有办法得到验证。直到上世纪70年代末，在冯端教授的带领下，闵乃本等巧妙地利用在晶体生长过程中出现的生长条纹，研制出聚片多畴铌酸锂晶体，成功地验证了准位相匹配理论。这一成功使闵乃本敏锐地意识到这类微结构材料具有潜在的应用价值，于是萌生了发展和建立一套有关该类材料的系统理论并探索其应用前景的设想。

1984年，科学家发现了物质的一种新的形态——准晶。虽然新物质形态的发现往往都有新应用的出现，但随后的相关研究工作却大都集中在基础研究方面。1986年，闵乃本考虑提出介电体超晶格的概念时开始设想：“是否可将准晶结构引入到介电体超晶格中，构建准周期超晶格？”

经过两三年的探索，闵乃本、朱永元等建立了准周期超晶格的多重准位相匹配理论，并预言“一块准周期的介电体超晶格有可能将一种颜色的激光同时转换成三四种颜色的激光！”虽然当时还没有实验结果，他们不敢下定论，但这一理论预言已让他们兴奋不已。然而，让大家没有想到的是，他们的这项研究成果于1990年在国际学术刊物《物理评论B》上发表后并未引起学术界的重视。刚开始，闵乃本心里很不是滋味，后来想通了，一个理论要得到国际上的承认，没有实验的验证不行。于是，他下定决心要制备出准周期的介电体超晶格。其后的两年里，课题组一直在思考制备介电体超晶格的新工艺，却总也没有找到突破口。

1992年，闵乃本到香港中文大学访问。有一天，忽然看到一篇报道说，日本科学家利用半导体平面工艺制成了周期结构光波导，实现了激光倍频。“半导体平面工艺任何图样都能做，既然周期结构能行，那准周期也应该能实现！”这个想法一下触发了闵乃本的灵感。闵乃本赶紧把这篇文章传真到祝世宁的实验室，让他考虑一下这种方法。祝世宁很快反应过来，开始探索制备超晶格的新技术。他和实验室其他人员一起设计图案、光刻、做电极……终于用两年多的时间成功地发展出一种室温图案极化制备介电体超晶格的新技术。

1995年，课题组已能用这种新技术制备出周期超晶格。同年，闵乃本在日本参加光电子学国际会议。会后，当他了解到斯坦福大学的教授也在做准周期介电体超晶格方面的研究，就对祝世宁说：“我已和斯坦福的Byer教授讨论了准周期介电体超晶格，如果他们要招一个物理系的学生弄清准周期的问题，很快就能赶上我们，因为他们的研究条件比我们好。所以我只能给你们两年期限，如果准周期超晶格还做不出来就不要做了！”承受着巨大的压力，祝世宁和朱永元经过一年多的努力，终于在1996年制备出了同时能出两种颜色激光的准周期介电体超晶格，并成功地用漂亮的实验验证了他们建立的多重准位相匹配理论。这项工作发表在《科学》杂志上，引起了广泛重视，入选科技部组织评选的1998年度中国基础研究十大新闻。

闵乃本课题组经过近20年的努力，为准位相匹配材料的研发奠定了基础，使国际上同行科学家逐渐关注介体电超晶格的应用前景。随后，在美国斯坦福大学等一批科学家的介入下，使这一冷门领域逐渐走向热门，而此前研究组坐了十年冷板凳。一组清晰的数据佐证了这段历史：据不完全统计，1980年至1990年这10年的艰苦积累时期，国际上相关论文总数约有20余篇，闵乃本研究组就贡献了9篇。

自讨苦吃 成就荣耀

随着国家自然科学基金的设立，“863”计划、“973”计划等的实施，以及国家重点实验室的建立，闵乃本课题组所在的南京大学固体微结构国家重点实验室相继购置了激光器、电子显微镜、聚焦离子束等现代化仪器和设备，科研条件大幅改善。尤其是1995～1997年取得的巨大成功，更让闵乃本对该研究方向的选择充满了信心。在闵乃本看来，“我们国家和世界发达国家存在差距，要实现跨越式发展，我们这些科学工作者要立足于前沿，要付出更多的艰辛，这是中国科学家的历史责任。”

基于这一认识，课题组将已经取得的基础研究成果与全固体激光技术相结合，齐心协力，终于在2005年利用自己研制的介电体超晶格，研制成功全固态超晶格红、绿、蓝三基色和白光激光器。对一个以基础研究为主的课题组而言，要完成一台技术复杂的原型器件其难度可想而知，更何况他们不但制出了样机，还取得了4项国内发明专利和1项美国发明专利。

据统计，近年来国际上从事该领域研究的研究组越来越多，从1997～2005年间，国际上相关论文总数达2000余篇，课题组在此期间贡献了46篇，约占总数的2%；这8年中，相关论文开始陆续出现在《自然》、《科学》和物理学的顶级学术期刊《物理评论快报》上。课题组先后在《科学》上发表论文3篇，在PRL上发表论文7篇，约占这3种学术期刊上该类论文总数的一半左右。课题组的研究结果被美、英、法、俄罗斯、日本等20余个国家的著名大学和实验室的研究组所引用。闵乃本、朱永元、祝世宁在国际会议上作邀请报告20余次，应国际学术刊物之邀撰写了4篇综述性文章。

“做科学工作，我的体会是自讨苦吃，没有钟点、没有假期、没有周末，一有时间想到的就是科研，尤其在没有突破的时候非常痛苦。当然，入了迷以后就乐在其中，一旦理论结果或科学预言被实验证实，这种成功的喜悦是别的任何一个人都不能体会到的，只有自己能懂。”闵乃本笑着说。在闵乃本的研究团队里，没有人规定什么时候上班、什么时候下班，但每一位成员吃完晚饭都会自觉地赶到实验室，直到晚上十一二点才离开，大家已习以为常，19年来如一日。在榜样的作用下，实验室的许多研究生坚持与导师们一道把手头的事情处理完毕后才各自回家过年。在记者的采访中，每当涉及此事，导师们无不表现出深深的内疚。

wlc王礼昌

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