上海市高溫超導(dǎo)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室教授、上海大學(xué)物理系副主任、超導(dǎo)與凝聚態(tài)物理所所長(zhǎng)尹鑫茂

2004年，英國(guó)物理學(xué)家安德烈·海姆和康斯坦丁·諾沃肖洛夫發(fā)現(xiàn)，用普通膠帶在石墨上反復(fù)撕離可以獲得石墨烯，并因此獲得了2010年諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)。石墨烯只有一個(gè)碳原子的厚度（約0.34納米），因此也被稱為二維量子材料。它的發(fā)現(xiàn)讓此前一些只存在于理論之中的量子效應(yīng)能夠?qū)嶒?yàn)驗(yàn)證，也讓電池、CPU芯片等電子器件有了提升導(dǎo)電性能、縮小體積的巨大潛力?，F(xiàn)在，距離真正的“石墨烯電池”應(yīng)用仍較為遙遠(yuǎn)，通過物理學(xué)基礎(chǔ)研究，深入了解和掌握石墨烯材料的性能，仍然是將石墨烯材料正式應(yīng)用到產(chǎn)業(yè)中不可繞過的一環(huán)。

尹鑫茂從事的正是這一環(huán)量子材料的基礎(chǔ)研究。尹鑫茂是上海市高溫超導(dǎo)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室教授、博導(dǎo)、國(guó)家級(jí)青年人才，現(xiàn)任上海大學(xué)物理系副主任、超導(dǎo)與凝聚態(tài)物理所所長(zhǎng)，旗下團(tuán)隊(duì)在國(guó)際上首次研發(fā)出新型量子材料的寬波段光譜學(xué)研究手段。與其他探測(cè)手段（如電子）相比，光譜學(xué)研究方法不破壞檢測(cè)物質(zhì)，也不需要極端的測(cè)量條件，探測(cè)成本不高，操作方便，因而具有獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)，可以更好地研究包括石墨烯在內(nèi)的新型量子材料的性能及機(jī)理。2022年8月，尹鑫茂因這一技術(shù)突破入選“上海科技青年35人引領(lǐng)計(jì)劃”。近日，尹鑫茂與澎湃科技展開對(duì)談，介紹了他將光譜學(xué)方法應(yīng)用于二維量子材料的研究歷程。

首度將特殊光譜學(xué)方法用于二維材料

尹鑫茂2010年起在新加坡國(guó)立大學(xué)物理系攻讀博士，期間參與到新加坡同步輻射光源國(guó)家實(shí)驗(yàn)室的工作后，研究一直圍繞著光譜學(xué)展開。2015年起，尹鑫茂跟隨中國(guó)激光與光電子學(xué)專家、工程院院士范滇元進(jìn)行了2年的博士后研究，將光譜學(xué)更多應(yīng)用到二維材料的研究上，同時(shí)拓展二維材料的應(yīng)用和波段，這為尹鑫茂的研究之路打開了新的大門。2017年后，尹鑫茂開始對(duì)二維量子材料的光譜學(xué)進(jìn)行深入的研究與探索。二維材料只有原子級(jí)別的厚度，對(duì)其進(jìn)行光譜測(cè)試也是一個(gè)不斷探索的過程。多年來，尹鑫茂不斷探索如何利用寬波段光譜測(cè)量二維材料，并提高二維材料的反射率，從而讓這種特色的寬波段光譜能更好地應(yīng)用于這些材料的測(cè)量。

每一臺(tái)光學(xué)儀器只能觀察光的一個(gè)波段，不同的光學(xué)儀器測(cè)量的波段都不一樣。尹鑫茂的獨(dú)創(chuàng)性在于，通過物理建模和一系列數(shù)學(xué)方程，將多臺(tái)儀器觀測(cè)到的不同光學(xué)波段進(jìn)行疊加組合，從而構(gòu)建出更大的光波能量范圍。由于石墨烯、超導(dǎo)材料等量子材料的重要特性是電子間的相互作用非常強(qiáng)，而不同的量子態(tài)可能在不同的能量波段才能觀測(cè)到。通過擴(kuò)大觀測(cè)的能量范圍，可以觀測(cè)到更多的量子態(tài)，研究它們相互之間的作用，從而更好地理解量子材料的一些物理機(jī)制。

光譜學(xué)的研究關(guān)鍵在于如何把每一段光波對(duì)接起來。尹鑫茂打了個(gè)比方，“就像我想要畫一個(gè)人，一臺(tái)儀器只能畫手、另一臺(tái)儀器只能畫腦袋，如果只把這兩臺(tái)儀器的結(jié)果放在一起，是無法拼成一個(gè)人的，因?yàn)槟憧赡馨咽址旁诹四X袋上?！币蚊忉?，“你要先知道人是什么樣子，看穿不同儀器檢測(cè)成果之間的本質(zhì)，再去建模，從而把它們拼成一個(gè)完整的人?！币蚊又忉屨f，假設(shè)有五六段光波需要連接，首先要找到第一段和第二段的對(duì)接方法，然后再找到第二段和第三段的對(duì)接方法。這時(shí)如果二和三調(diào)整了，一和二也要相應(yīng)調(diào)整，不然就會(huì)斷開，這個(gè)尋找對(duì)接方法的過程需要長(zhǎng)期不斷地調(diào)試和堅(jiān)持，“基礎(chǔ)研究的特征就是你不會(huì)立刻看到結(jié)果，不會(huì)像工程技術(shù)那樣10年內(nèi)立刻就能看到巨大的提升，要研究就得持續(xù)投入?！?/p>

“我讀博士的時(shí)候，整整4年一篇文章都沒發(fā)表，因?yàn)槲乙恢痹谧鼋?，一直沒有成果，相當(dāng)于在從0到1地創(chuàng)造一個(gè)東西，連界限都沒有。做基礎(chǔ)研究就像寫代碼，你要不停寫，找到一些漏洞，然后再去修補(bǔ)?！币蚊硎尽５庾V學(xué)方法被證明成功之后，尹鑫茂的科研之路瞬間開闊了。僅過去5年里，他就發(fā)了60多篇有突破性的論文，“因?yàn)檫@種方法是獨(dú)有的，別人需要來找你合作。”

對(duì)外輸出技術(shù)協(xié)助科研和檢測(cè)

2021年尹鑫茂回國(guó)入職上海大學(xué)以來，利用自己的光譜技術(shù)發(fā)表了高水平論文20余篇。并以第一/通訊作者身份分別在Science子刊Science Advances、Nature子刊Nature Communications等國(guó)際頂級(jí)期刊發(fā)表高水平論文6篇，多項(xiàng)研究成果多次被雜志選為封面文章。

尹鑫茂的光譜學(xué)研究仍在繼續(xù)，因?yàn)閷⒐獾牟煌ǘ毋暯悠饋硎且粋€(gè)永無止境的過程，研究的波段可以更多地去添加。隨著波段的不斷添加，科研過程中捕捉到的細(xì)節(jié)也會(huì)越來越多，“一開始只是一個(gè)人的輪廓，我只要知道手在哪里，腦袋在哪里，就可以開展研究了，但如果要做到非常精細(xì)，我還可以繼續(xù)往里面補(bǔ)充細(xì)節(jié)，比如人的肌理、毛發(fā)等，讓它越來越清晰，這樣這個(gè)人就會(huì)更加活靈活現(xiàn)。”尹鑫茂說。

現(xiàn)在在上海大學(xué)物理系，尹鑫茂搭建了3種不同能量范圍的橢圓偏振光譜儀，結(jié)合同步輻射光譜測(cè)量，可滿足各類量子材料的測(cè)量需求。在上海市高溫超導(dǎo)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室里，為了幫助高溫超導(dǎo)材料更好地進(jìn)行產(chǎn)業(yè)化和應(yīng)用，尹鑫茂也利用自己的光譜學(xué)研究技術(shù)進(jìn)行了一系列新材料的研究，以及高溫超導(dǎo)材料的仿真軟件模擬計(jì)算。

尹鑫茂向澎湃科技介紹，現(xiàn)在自己的光譜學(xué)研究方法已經(jīng)初步開始向全世界其他科研院所進(jìn)行能力輸出，協(xié)助科研和檢測(cè)。他希望未來能將這種方法進(jìn)行更廣泛的應(yīng)用，并進(jìn)行產(chǎn)學(xué)研融合的模式探索。

談到未來的科研，尹鑫茂深知基礎(chǔ)研究的成果不會(huì)較短時(shí)間內(nèi)在應(yīng)用場(chǎng)景中體現(xiàn)，因此他不會(huì)給自己設(shè)下過于長(zhǎng)遠(yuǎn)的目標(biāo)。對(duì)于近期的想法，尹鑫茂則表示，希望能把自己的光譜更加完善之后，運(yùn)用到最新的材料研究之中，如95后青年物理學(xué)家曹原創(chuàng)造的多層轉(zhuǎn)角石墨烯結(jié)構(gòu)及相應(yīng)的超導(dǎo)電性。

長(zhǎng)久堅(jiān)持是重要條件

尹鑫茂初中時(shí)因?yàn)榕d趣使然參加全國(guó)物理競(jìng)賽并拿到二等獎(jiǎng)，高中時(shí)拿到全國(guó)奧林匹克物理競(jìng)賽一等獎(jiǎng)，隨后被保送到浙江大學(xué)竺可楨學(xué)院。進(jìn)了大學(xué)后，他毫不猶豫地選擇了物理學(xué)，之后再?zèng)]改變過。

“之前比較單純，并沒想過自己將來能不能賺錢，后來一直研究下去，也越來越覺得物理很有趣，并且自己的天賦也發(fā)揮出來了?！币蚊硎?。

談到科研之路，尹鑫茂表示，一路走來，身邊不乏最優(yōu)秀和聰明的人，但最后留下做科研的人并不多，究其原因，他認(rèn)為是耐不住性子，坐不住冷板凳。這些年一路走來，尹鑫茂周圍大多數(shù)朋友都陸續(xù)放棄了科研，對(duì)此尹鑫茂一方面感覺可惜，另一方面也覺得做科研“一是天賦要好，二是要有運(yùn)氣，三是要能長(zhǎng)久堅(jiān)持。三個(gè)條件缺一不可?！?/p>

此外，他認(rèn)為穩(wěn)定的生活也給予了他極大的支撐，“我很幸運(yùn)，在博士快結(jié)束的時(shí)候選擇了結(jié)婚。有了家庭的支持，我越發(fā)覺得研究物理能讓我樂在其中，科研隨后也取得了突破?！痹谝蚊磥?，“穩(wěn)定地呆在一個(gè)地方”對(duì)于科研工作者來說也很重要。

雖然自認(rèn)是一個(gè)細(xì)水長(zhǎng)流的人，但尹鑫茂也認(rèn)為從事科研需要激情。在繁忙的科研生活之余，尹鑫茂喜歡看武俠小說，也喜歡去淳樸的東南亞國(guó)家旅游。提到金庸和古龍的武俠小說，尹鑫茂表示，“武俠小說可以刺激腦細(xì)胞，讓我更有激情，這也相當(dāng)于是一種充電。”