媒体成电

　　编者按：2019年10月，《中华英才》10月刊“科技英才”栏目以“王志明：让多学科跨学科基础科研真正‘发光’为题”，深入专访电子科技大学基础与前沿研究院院长王志明教授，全文如下：

　　基础研究是创新的源头，新时代下，基础研究成为象征综合国力的重要事业。虽然我国的国际科技地位逐年上升，但拥有完全自主知识产权的科学突破还比较缺乏，用于解决实际问题的应用基础研究越来越受到国家和社会的重视。在应用基础研究领域，就活跃着这样一位教授，他毅然选择回国。多年来，他始终瞄准世界前沿、关注国家战略需求，潜心于多学科跨学科的基础研究和探索。他就是王志明教授，电子科技大学基础与前沿研究院院长。他的努力浇灌着科技之花，为国家重大原创成果产出做出了贡献。

王志明在电子科技大学的实验室里

　　对于基础研究，王志明教授带着永不消逝的热爱。他笑谈自己回国后做了“边缘人”，在多学科边缘行走，从多学科交叉融合中寻找创新的机会。由于在产学研方面做出的突出贡献，王志明教授被授予2017年“中国产学研合作创新奖”，这是目前我国唯一面向产学研协同创新的最高荣誉奖。一项基础研究成果，或许可以让研究者更深刻地了解这个世界，但若要实现科研成果落地，让高端科技走进寻常百姓的日常生活，服务社会、造福人民，往往需要长期进行多学科跨学科合作。

　　也正因如此，王志明教授始终保持谦逊严谨、兢兢业业的作风，致力于打通科技成果转化“最后一公里”、奋斗在基础科研第一线。从2018年开始，王志明教授先后入选英国工程技术学会会士（IET Fellow），英国材料/矿物/矿业学会会士（IMMMFellow），英国物理学会会士（IoP Fellow），和英国皇家化学学会会士（RSC Fellow）。四项学会会士头衔体现了国际学术组织对王志明教授的认可，也彰显了他回国后多年来从事多学科、跨学科的基础研究取得的成就。

　　国之所需，君之所向。谈到归国初衷，王志明说道，“我很高兴自己回来了。在科研领域，中国仍处于高速发展阶段，而相对而言美国基本已经到‘顶’”。改革开放40年，中国多元一体的国家创新体系逐步建立，科技创新也开始由跟跑转向更多领域并跑、甚至领跑。回国，虽不是将一切归零，但多多少少也让王志明看到了科学领域崭新的一面及更多可能性。在国家急需的先进能源、信息材料、纳米光子学等领域不断尝试和前行，让他在积极发展多学科交叉融合的前沿研究及应用探索中也有了更明晰的目标。

　　“未知并不可怕，恐惧挑战未知才可怕。”他始终坚信，路，一直在脚下，前方，就是要攀爬的最高山峰。

　　曾有人总结，基础科研的真正价值在于：特立独行的科学家以一个独特的视角来看自然界，以不同于别人的思路来理解这个世界。归根结底，我们看到的就是这样一个致力于多学科跨学科的基础科研科学家，为了能让基础研究发光发热、将科研成果真正转化应用于人们的现实生活而不懈奋斗、砥砺前行的故事。

物理制备：夯实量子信息基础

　　即便与物理打了30年交道，只要提起与之相关的事情，王志明依然激情澎湃。

　　语速稍快却又不乏风趣幽默，有问必答且侃侃而谈，这与一般人印象中刻板严肃的科学家形象大相径庭。虽然物理中那些“量子点”、“单光子”及“退火”等名词和技术很是陌生，但这并不影响对他初衷的理解——科学探索及实验最终目的就是要为人们生活得更加美好和便捷服务的。

　　简单讲，王志明所研究的液滴外延技术就是为量子信息前端和后端提供了技术基础。

　　本科学的是应用物理专业，硕士研究的是凝聚态物理，博士攻读半导体物理方向。成为液滴外延技术国际上的引领科学家之一，对王志明而言是情理之中但也是意料之外。
意料之外的收获源于一个“洞”。

　　2000年，王志明还在美国阿肯色大学物理系做研究，当时他在分子束外延生长设备上做纳米材料生长的实验，按照既有的理论知识，材料生长时形成的结构应该不断增高，可一个奇怪的现象却出现在了他的视野中。“材料非但没有上长反而不断向下走。”多年敏锐的科学直觉让他清楚地意识到，探究背后的机制无疑将打开科学“未知”世界的一角。正是这恰巧出现的液滴下边衬底形成的“洞”，成为后来被国际认可的液滴腐蚀外延技术的雏形。

　　他坦言，正因为基础科研出身，长期的科学训练让他早已养成不断研究背后物理机制的思维模式，才让他发现了液滴腐蚀外延技术。“其实，早在我之前，加拿大也有大学教授发现这样的现象，不过他是‘大尺寸’，我是纳米级的，他没有深究，而我比较lucky（幸运），‘刨根究底’后发现这项技术。”

　　新型相控阵雷达、阵列化电子战设备、灵巧武器、超高速信号处理和军用计算机……这些现代半导体信息器件正是因为外延技术尤其分子束外延技术造就的多元多层异质材料的生长，大大地促进了新型微电子技术领域的发展。

　　多年来，王志明及其团队系统地研究了液滴外延生长中的各种表面动力学问题，建立系统的液滴外延生长理论，发明多点量子分子制备和纳米孔自生长技术等重大研究成果，并建立了纳米孔自生长和多层量子环生长的理论模型，对液滴外延材料生长具有重要的指导意义。

　　据悉，尽管长期以来液滴外延生长在纳米材料制备上取得了大量有价值的研究成果，但是液滴外延生长纳米材料在实际应用上的报道非常少。其主要原因是由于液滴外延和传统外延生长的存在巨大差异，生长机理、材料性质等方面亦存在较大不同。应用液滴外延生长技术制备元器件长期以来是该研究方向的拟待突破的重大难题。而王志明首次提出了高温液滴外延技术，解决了液滴外延低温生长缺陷密度大的难题，大大提高了纳米材料的光学质量。在此基础上，他还首次报道了无应变的量子点探测器、太阳能电池等开创性的研究成果，为相关研究开辟了新的方向。结合团队分子束外延制备的量子点太阳能电池，成功实现了表面等离子体激元纳米结构在整个可见光宽谱范围内对量子点太阳能电池的增强，为解决目前量子点太阳能电池吸收较弱的巨大难题提供了有效的解决方案。

　　这个由纳米液滴腐蚀打“洞”引发的故事就这样一直延续至今，“今年，意大利、日本、奥地利和我们四个国家联合还受邀在《自然材料》杂志上发表了一篇关于这个故事的综述论文。”

　　此外，王志明的相关成果也多次受到美国物理协会、英国物理协会的认可，值得一提的是，他的研究成果还多次被《科学》、《应用物理快报》、美国材料学会等进行专题报道或作为期刊封面亮点介绍。

尝试化学：胶体量子点到再生新能源

　　一切幸运都是努力与汗水的代名词。

　　1988年，19岁的他考上了青岛大学物理系，四年后，他成为北京大学的研究生，按照学习上升轨迹，三年后他考取了中国科学院半导体所的博士，之后为了给学业划上圆满的句号，他又到德国PDI固体电子学研究所做了两年博士后。在学习这条道路上，王志明或许就是人们口中“别人家的孩子”。
“其实也没什么秘诀，无非就是首先对物理感兴趣，然后取得阶段性的成绩能更好得鼓励自己向下个目标进发。”换句话说，不要给自己定完不成的目标。这是王志明的成功经验，也是他现在培养学生的原则。“无论学习、科研还是发文章，就像打游戏一级一级过关一样，兴奋点一直在。”所以，他的团队经常能看到这样的情景：学生们比着发论文。“他们相互学习，也相互激励。”

　　虽然认真又专一是王志明对待科研的态度，但有时在预判会“撞南墙”时他也会先回头，条条大路通罗马的“变通”也让我们看到了科学家的另一个真实样子。就好像明明是物理专业的他依然也能获得英国皇家化学学会的会士的称号一样。遇到问题解决问题的顺势而为也总让他“柳暗花明又一村”。

　　2011年，王志明就遇到了这样的选择。

　　留在美国，他能继续在设备一流的实验室里用价值几千万号称“烧钱机器”的MBE设备继续做着液滴外延技术的实验，而回国，他所在的高校也不能为他提供足够的经费负担这样一台实验设备。

　　即便这样，王志明还是义无返顾选择回国，“这个实验不能做，那我就做其他实验，或者找代替这个实验的方法。”虽然要做出一定牺牲，但通往科学最高圣殿的路也不止一条。所以，王志明回来了。他成为电子科技大学特聘教授，三年后基础与前沿研究院应运而生，他又成为首任执行院长。
或许，正如习近平总书记在两院院士大会上讲话提出的：“不能总是用别人的昨天来装扮自己的明天。不能总是指望依赖他人的科技成果来提高自己的科技水平，更不能做其他国家的技术附庸，永远跟在别人的后面亦步亦趋。”只有把核心技术掌握在自己手中，才能真正掌握竞争和发展的主动权。在王志明看来，“贵”的物理制备做不了，“便宜”的化学制备同样也能做出世界级的贡献。“重要的是掌握核心科技。”

　　毕竟现代社会的知识爆炸，跨越学科界限的交流才能填补学科间“空白区域”，不同学科跨越彼此学科界限相互影响和交流，才能更好地掌握知识领域日益增长的复杂性，解决单一学科难以应对的复杂问题。新能源方面的光电材料与器件就是王志明跨越物理和化学两个学科研究的突出成果。

　　王志明和他的团队对半导体胶体量子点设计合成、光学性能调控、（物理）理论模拟仿真及量子点光电器件制备进行了深入研究。首先通过低成本化学溶液法合成出特定形貌、结构、尺寸的半导体胶体量子点，进一步利用核壳结构调控其能带结构和光学特性（吸收光谱、发射光谱、荧光量子产率、荧光寿命等）并提升材料稳定性，通过理论模拟仿真研究半导体胶体核壳量子点的能带结构，包括电子空穴波函数空间分布，激子动力学机理等。最终把半导体胶体量子点作为光电材料，用于组装和实现高性能、高稳定性的光电器件，包括量子点太阳能电池、光电化学电池、太阳能聚光器等。
他们通过多种新方法在制备环保低成本的新催化剂明显地降低了产氢反应的过电位，为电催化反应催化剂合成提供新的思路，为未来绿色环保新能源领域也做出重大贡献。

　　王志明坦言，自己从未想过一直以物理为专业还能成为英国皇家化学学会会士，这既是对所取得成绩的肯定，也是一种荣誉，更让他的事业开辟出“第二春”。所谓学识影响眼界，眼界决定格局，而格局影响人的一生。

新颖材料：从科学实验走向实际生活

　　提起半导体纳米材料，相信大多人都会觉得非常陌生且遥远，可事实上，人类文明发展史，就是一部如何更好地利用材料和创造材料的历史。简单讲，正因为材料不断创新和发展，才极大地推动了社会经济的发展。

　　作为材料科学与工程学科的学术带头人，王志明深知，一种新材料的问世，往往孕育着一批新技术产业的诞生，能给人类社会进步以革命性的巨大推进。而半导体纳米材料与技术也正以前所未有的深度和广度改变着世界，并在科技方面开辟了认识自然的新层次。

　　王志明介绍，他们制备的新材料或超材料主要就是应用在光电上，包括在显示方面。众所周知，全球显示产业规模高达几千亿元乃至上万亿元，可与IC、能源产业媲美。中国就是显示产业大国，2017年我国平板显示产业规模就超3000亿元，跃居全球第一，预计2019年左右将成为全球最大的TFT-LCD平板显示生产基地。然而，“第一”的背后是大而不强，显示屏生产仍缺乏自主核心关键技术和原材料，被欧美日韩国家“卡脖子”。

　　这又回到王志明回国的初衷上——让国家掌握更多的关键技术和核心科技，这么多年，他和团队一直朝着这个方向努力。据他介绍，团队目前在显示方面也有新进展。“就是通过磁场对石墨烯纳米片进行有序排列，可以做成手写的不需要背光源的反射显示器，在三维方向排列石墨烯又能做出立体的结构，比如排列石墨烯纳米片制成的大熊猫。这种新材料和技术也弥补了我国显示方面和纳米材料排列控制方面的不足。”

　　如果基础科研分学派，毫无疑问，王志明妥妥的是“实用主义”者。他说最希望看到的就是科研成果真正应用到生活中，为行业发展与社会进步作出贡献。从头到尾，他的“兴奋点”都在于突破关系国计民生的关键技术。

　　“我们的经济生活已经很发达了，一台手机几乎把衣、食、住、行的问题全解决了，这比国外发达国家还方便。但‘中兴事件’和中美贸易战，也暴露出我们的短板——缺乏核心科技，这让我们科学家也意识到身上的重任和使命。”

　　从顶级实验室走向普通百姓的生活中，可想而知这就是一条蜿蜒曲折的征途，“既然已经站到了起点，就要一步步走下去。”虽然目前要把实验项目产业化十分困难，距离还很遥远，但王志明还是用自己的能量一点点尝试去做。“如果科技只停留在实验室，就不是真正的科技。”这个他努力的方向才是真正的创新。

　　其实，平凡生活里总需要这样一束光，那些看起来不切实际的梦想，总有人在悄悄实现它。

工程设计：为了更好地造福人类

　　在不确定的世界寻找确定，对王志明而言，虽然基础科研艰难，要“摸着石头过河”，有时还要看运气，但或许正如诺贝尔物理学奖获得者李政道所说，没有今天的基础科学，就没有明日的科技应用。

　　作为基础科研中材料科学与工程学科的学术带头人之一，他的团队从人工材料国际团队到如今的信息材料与器件团队，除了跨更多学科、更年轻化外，也让“产业化”的梦想更贴近了现实些。

　　“我们的团队主要从事人工材料领域方面的研究。”王志明介绍，人工材料是指利用工程技术手段，特别是纳米科技，对材料进行加工处理，由此得到新型材料；然后在此基础上对其新的物理、化学、电学等各种性能进行深入研究；并将这些新性能投入到新能源、信息科技、量子器件等各项关系国计民生的重要应用中。

　　如何让科技更好地为人类服务，工程设计的地位越来越突出。王志明及其团队利用一种金纳米颗粒，成功攻克激光驱动宏观流体运动这一科学技术难题。更难能可贵的是，这项研究于2017年9月在《ScienceAdvances》（《科学》子刊）上首页重点报道。刚上线，麻省理工的技术评论就给出极高的评价，之后，国内外多家主流媒体也都纷纷转载报道。

　　“开放获取，海纳百川”，王志明一直秉承这个理念，并经常以此勉励团队。王志明团队和美国休斯顿大学、哈佛大学、普渡大学的顶尖科研团队设计制备的金纳米颗粒修饰的微腔结构，成功地用脉冲激光在纯水中实现持续高速地驱动水流，从而实现了一种新的光声流体多场耦合作用的新效应。
在此之前，微流体系统一直是英国和美国引领着的前沿研究，而激光驱动宏观流体也还只是设想甚至被认为是不可实现的，而王志明团队，通过整合国际顶尖团队的研究优势，实现了具有突破性进展的创新性实验。该成果不但促进了新型微流体系统的开发，更为我国微流体技术研究追赶世界先进水平做出了贡献。

　　王志明的这一研究，为微流体芯片和激光远程驱动等实现提供了可能，与传统利用机械装置产生超声波来推动液体流动的方式不同，激光驱动流体技术可实现微米级别到厘米级别的流体控制，可在微流体系统乃至可穿戴便携式医疗设备中得到广泛应用。

　　为了进一步推广激光推动流体的实际应用，今年，王志明团队又在《PNAS》（《美国科学院院报》）发表了后续第二篇文章，进一步构思通过离子注入技术，将金纳米颗粒注入到基板中，制备出成熟稳定，即时可用的器件。在该思想的指导下，团队将金注入到石英基板中，制备出了束流方向稳定，任意可调，使用寿命长达数小时的激光推动流体微流控泵。“这次更加实用，也获得了更高的关注度。”据悉，美国一家公司已经联系王志明及其团队，希望通过此项技术实现医学上的药物传输，以减轻患者的痛苦。

　　用多学科、跨学科的基础科研制备出更多能造福人类的设备是王志明锲而不舍做研究的动力；瞄准国家战略需求，借力国际顶尖科研团队和研究平台，基于材料科学与工程，积极发展多学科交叉融合的前沿研究及应用探索，让科研速度赶超建设速度，这是他的愿景。

　　王志明就是这样一位勤奋的工作者、努力的探索者。他是研精致思，硕果累累，著作等身的科学家；更是一位致力于推动基础研究发光发热，服务人民，造福社会的忠实践行者。
或许，鲁迅先生杂文集《热风》里这几句话最能契合王志明和他的团队——愿中国青年都摆脱冷气，只是向上走，不必听自暴自弃者流的话。

　　能做事的做事，能发声的发声。

　　有一分热，发一分光，就令萤火一般，也可以在黑暗里发一点光，不必等候炬火。

　　此后如竟没有炬火：我便是唯一的光。

团队课题负责人童鑫在实验室向王志明汇报实验情况

【人物简介】

　　王志明，电子科技大学基础与前沿研究院院长，九三学社四川省委委员，四川省政协委员，四川省有突出贡献的优秀专家，成都市有突出贡献的优秀专家。2014年获得中国侨界贡献奖，2016年获得科学中国人年度人物称号，2017年获中国产学研合作创新奖。主要研究领域涵盖信息材料、纳米光子学和先进能源。先后入选英国工程技术学会会士（IET Fellow），英国材料/矿物/矿业学会会士（IMMM Fellow），英国物理学会会士（IoP Fellow），和英国皇家化学学会会士（RSC Fellow）。当前担任《Nanoscale Research Letters》期刊创始主编和《Nano-Micro Letters》共同主编。