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90後海外優青、Nature封面文章作者:科研是一場人生的修行

作者:學術橋

來源:武漢大學人事部

出生于1990年8月的他,先後在中科大、新加坡南洋理工深造,并聚焦于新型半導體雷射器相關技術領域的研究,在随機雷射器、混沌微腔、拓撲光子學等前沿性領域取得了多項創新成果。迄今為止,在Nature, Science, ACS Photonics, Advanced Optical Materials, Photonics research等國際知名期刊發表20餘篇SCI論文,其中關于研制基于太赫茲量子級聯雷射器的拓撲雷射器的相關成果以封面形式發表于Nature。他就是武漢大學的曾永全教授。

2021年,曾永全決定回國發展,衆多知名高校向他伸出來橄榄枝。經過慎重考慮,2021年5月,他決定全職加盟武漢大學。鑒于他突出的學術表現,武漢大學提前按照海外優青标準給他相應待遇,直接聘任教授四級崗位、授予博導資格,連續4年保證1-2個博士生招收名額,并給他提供了充足的科研經費。2021年底,曾永全不出意外地獲得青年海歸人才翹首以盼的科研資助——國家自然科學基金優秀青年基金(海外)。

90後海外優青、Nature封面文章作者:科研是一場人生的修行
(▲Nature封面文章“Electrically Pumped Topological Laser with Valley Edge Modes”,《擁有谷邊界模式的電泵浦拓撲雷射器》)

在“古老領域”創造新的科學革命

半導體雷射器從上世紀60年代誕生以來,已經被廣泛應用于生産生活的方方面面,為日常生活創造了無數便利,從日常所用的雷射筆到工程領域用到的測距儀,從高新技術的光通信、雷射精密加工到國防領域的雷射武器、飛彈制導……都離不開起關鍵作用的半導體雷射器。

“苟日新,日日新,又日新”,創新是科學研究的靈魂。在曾永全教授眼裡,半導體雷射器研究是一個散發着青春氣息的“古老領域”,發展的步伐從未停歇。它正在與新實體、新概念以及新技術的融合中發現新的奧秘,并不斷孕育和催生出嶄新的革命性應用。

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曾永全聚焦的新型半導體雷射器研究,是将傳統的光器件與新型實體領域相結合,融合探索半導體新的特性,發掘新的功能。“新型半導體雷射器包含拓撲雷射器、随機雷射器、微腔雷射器等,如果将近些年實體學和光子學領域提出的許多新穎概念運用到這些器件層面,可以産生很多有趣并且可能有用的特性。”說起這些,曾永全顯得投入而充滿激情,他覺得“将實體上的奇妙想法變成實物”的成就感是吸引他持續探索這一領域的源動力。

從事博士後研究工作期間,曾永全就曾主導了新型紅外半導體雷射器件的研制工作,探究光子晶體結構的拓撲特性,設計制造了基于太赫茲量子級聯雷射器的拓撲雷射器,同時證明了該雷射器對于結構缺陷和拐角都具有很強的魯棒性。該雷射器也是世界上第一個電泵浦拓撲雷射器,正是該項目的相關成果以封面的形式發表于Nature。

90後海外優青、Nature封面文章作者:科研是一場人生的修行
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(▲相關模型資料圖表)

科研是從失敗到成功的長久修行

科學研究,尤其是工程技術領域的科學研究,沒有捷徑可言,隻有不斷地投入和堅持才能取得勝利。每項成果的取得都不是一蹴而就的,背後都經曆了多次的失敗和嘗試。

“做新型拓撲雷射器這個研究項目前後耗時兩年,總共做了4輪實驗,在這個過程中遇到了無數次失敗。”曾永全表示,失敗是常态,成功也來自于不斷經曆的失敗,這是做科研最重要的心态。該研究項目經曆了兩輪的實驗失敗,并在第三輪雷射器表征上掙紮了兩個月無果之後。在一個寂靜的深夜,他終于在雷射器測試光譜中發現了一個若隐若現的激射峰,黎明的曙光終于到來……

在科研中不僅要有直面失敗的勇氣,更需要大膽嘗試、小心求證。從設計方案,實驗材料性質,到制備工藝流程,到測試表征方式,整個環節的打通需要每一個步驟内諸多參數的反複嘗試與優化,每一個小決策都可能帶來實驗的失敗,這都要求研究人員有大膽的精神、豐富的經驗和缜密的心思。從事科研工作過程中得出的這些認識,也使曾永全對從事更加複雜技術(比如CPU晶片、大飛機和載人飛船)的研發人員充滿了敬意。

他認為,科研是一場人生的修行,在探索和開拓人類知識的邊界中,沒有确定的道路和方法,注定是困難且孤獨的。科研可以鍛煉人的意志,訓練學習和做事的能力,以及培養情商。必須要帶着自我提升的心态面對科研,在每天的收獲和進步中攀登科學的高峰。

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為國家科技自立自強貢獻力量

談到回國的原因。鑒于晶片領域具有典型的先發效應,大陸在半導體雷射器技術積累和産業發展還将長期處于一個追趕的階段。但在某些新型的領域,實作彎道超車是有可能的。他提到,在目前高端晶片需求迫切的背景下,新型半導體雷射器的研究也成為全球科研和産業競争的核心關鍵。“科學沒有國界,科學家有祖國”,曾永全在相關領域的研究積累大量的經驗,恰逢國内有發展半導體雷射器的重大戰略需求,便決定回國為相關領域的技術推進做一點力所能及之事。

近年來,國家也在積聚力量和資源有針對性地扶持核心晶片的發展,創造了良好的科研和社會環境,并在人才和技術儲備方面擁有了一定基礎。比如半導體雷射器方面,大陸的材料生長、器件加工、子產品封裝以及市場應用幾個環節已經開始逐漸形成一個閉環,隻是做強做大尚需時日。

而在半導體研究上,國内已經聚集了一批年輕學者,他們将目光瞄向了與新型實體領域交叉結合的新型半導體雷射器的研究,針對新應用,開發新器件,實作新功能,積極拓展半導體雷射器的研究範圍。與志同道合的同仁一起努力,力圖在世界新體制雷射器的發展中占有一席之地,是曾永全教授矢志追求的目标。

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武漢大學是“再出發”的最佳選擇

鳳凰擇良木而栖,為什麼選擇武漢大學?曾永全說:“武漢大學以人才強校為根本,近年來各方面都實作了高速發展。不僅提供了充足的科研經費、良好的待遇和寬松的科研氛圍;而且學校上下都為人才提供了貼心的服務和支援,讓人有家的溫暖。”2021年9月10日,教師節當天,校長窦賢康院士專程前往電子資訊學院看望慰問曾永全,詳細詢問了他最近的科研進展,表示學校會繼續加大專業技術、科研支撐等高端人才引進力度,完善人才發展體系,做好人才服務工作。

來到武漢大學全職任教之後,曾永全面臨着新環境、新挑戰,開始了新的起點,他的身份從科研學者轉變為學者與師者雙重角色。在過去,作為一個單純的科研工作者,隻需要專注于某一方面的事情并做到極緻,不必擔心科研經費、人才隊伍建設以及工作與生活的平衡,他對這種狀态的形容是“一人吃飽,全家不愁”。身份的轉變對曾永全提出了更高的要求,但是他充滿信心,“在學校的支援下,這些問題都會得到順利得到解決”。目前,在學校、學院的支援下,他正帶領自己的博士生團隊穩步開展科研工作,用自己的求學科研經曆引領他們走進更深、更廣的科學世界,同時也作為年紀相仿的朋友,與他們共同成長。

執着又堅守的科研人,也正是對這位年輕的“90後”博導的最好标注,于武漢大學的廣闊平台上繼續向“光”而行,探索新的技術,為國家培養更多優秀的光電人才,期待曾永全教授及其團隊在半導體研究中取得更耀眼的成就。

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