劃破黑暗的陽光——記西安交通大學電信學院教授楊光

本刊記者　遲艷艷

劃破黑暗的陽光——記西安交通大學電信學院教授楊光

本刊記者遲艷艷

這里可能沒有機會發(fā)表恒河沙數(shù)的論文，也鮮有機會站在人前任由無數(shù)的鮮花和掌聲起起落落……這里有的，可能只是深沉而寂寞的黑暗，但這里，卻孕育著最為燦爛的黎明。

這就是電子顯微學，一個需要時間和經驗打磨的領域，很多人因為無法忍受聲名無聞而放棄，也有很多人因為耐不住寂寞而離去，而他卻始終堅守，每當他拉開窗簾，讓陽光劃過實驗室的黑暗，這世界上便又多了一種可能。他就是西安交通大學電信學院教授楊光。

光芒初放

“與其他領域相比，電鏡是一門靠經驗出成績的學科，它需要你更多的時間和耐心。”

楊光不是天生的電鏡癡迷者。在經歷了同濟大學的本科教育后，雖然他有報送本校讀研的機會，但是為了開闊視野，他選擇了出國深造，來到了英國曼徹斯特理工大學材料學專業(yè)，主修低溫共燒介電陶瓷。一年后，楊光完成了研究性碩士所需的科研工作，并申請到了謝菲爾德大學材料工程專業(yè)的全額博士獎學金。在英國，這類可授予海外學生全額獎學金的名額非常稀少，而楊光成為了他們包括30多位師生的課題組第一位外國學生。

“在謝菲爾德大學，我是導師的第一個學生，當時他手把手地教了我很多東西?！痹诎选袄蠋煛狈Q為“老板”的國外，這樣的機會是少之又少。求學期間，一個有關用于高放核廢料處理玻璃微結構的研究項目讓楊光明確了自己的對電鏡專業(yè)的興趣，他開始留心于電鏡技術的發(fā)展，并磨練自己的操作技能。經過3年多的努力學習，在2007年楊光順利拿到了博士學位，并獲得了去美國伊利諾伊大學芝加哥分校（UIC）物理系進行博士后工作的機會。在UIC,楊光不僅熟悉了使用高分辨掃描透射電鏡（STEM）結合電子能量損失譜（EELS）研究材料埃米級別微觀結構的研究手段，同時經過努力申請到了使用當時世界上最先進的透射電鏡——美國伯克利國家電鏡中心TEAM0.5透射電鏡的機會。在TEAM電鏡上所獲得的成果被其管理者多次在國際會議特邀報告中引用，并將其作為最終電鏡性能評估的重要依據(jù)。兩年后，德國埃爾蘭根-紐倫堡大學材料系購買了一臺球差校正電鏡Titan，該系微結構分析領域帶頭人Spiecker教授邀請已經具有球差校正電鏡使用經驗的楊光去負責使用和管理該設備，并提供了包括安排住房、方便孩子入托、提供政府公務員身份在內的多項優(yōu)惠政策。在德國的近兩年時間中，楊光通過Titan電鏡研究了包括玻璃、陶瓷、金屬、納米催化劑、石墨烯及碳納米管在內的20多種不同材料，發(fā)表/合作發(fā)表了十余篇高水平學術論文，為他今后利用球差校正掃描透射電鏡及相關分析技術對不同材料微觀結構的研究打下了堅實的實驗基礎。

在西安交大大展拳腳

2010年，西安交通大學國際電介質研究中心訂購了兩臺球差校正透射電鏡，這是中國高校第一次同時購買兩臺當時世界上最先進的電鏡設備，在國內外電鏡領域內引起了巨大反響。由于當時世界范圍內熟悉球差電鏡的管理、操作、應用的研究人員較少，楊光知道，回國的機會來了！

2011年年初，楊光來到西安交大國際電介質研究中心，這里因鐵電、壓電材料的研究而在國內外享有盛名。在剛到西安交大前兩年的時間里，楊光主要的工作是電鏡室的建立，包括設備調研、采購、安裝、調試、維護及技術人員的招募、培訓等工作。如今的他，具有超過10年的球差校正電鏡的使用及研究經驗，他的課題組是目前國內為數(shù)不多的可以在原子尺度進行能譜及電子能量損失譜數(shù)據(jù)采集及分析的課題組之一。

對微晶玻璃的研究是楊光很早就想做的事情，但是由于實驗設備及技術原因幾次都沒能完成。這次在西安交大，楊光利用透射電鏡高空間分辨率及電子能量損失譜高能量分辨率的優(yōu)勢，系統(tǒng)研究了硼硅酸鹽玻璃材料中納米級微晶顆粒的結構及成分，發(fā)展了通過電子能量損失譜技術量化玻璃體中硼元素不同配位體所占比例的方法，彌補了玻璃材料易受透射電鏡輻照損傷的缺點，為利用透射電鏡及相關分析技術研究易受電鏡損傷的材料開辟了新的途徑。除此之外，通過同校內外科研工作者的廣泛合作，楊光在貴金屬催化劑納米材料的微結構表征及氧化物薄膜界面調控方面的研究上也取得了階段性的進展。例如，通過對包括Pt及Pd基燃料電池貴金屬納米催化劑材料材料的微觀結構及不同元素分布的研究，結合理論模擬揭示了材料結構成分同其宏觀性能的之間的關系，為進一步提高其催化性能、降低生產成本提供了堅實的理論及實驗基礎。所獲得的研究成果發(fā)表在包括自然通訊、先進功能材料等高水平期刊雜志上。氧化物薄膜材料是近些年來興起的熱點材料之一，其特點在于薄膜材料可以產生很多同樣組分而塊體材料所不具備的優(yōu)良性能。楊光課題組通過對鈮酸鉀鈉、氧化鈦等多類功能氧化物薄膜材料微觀結構的研究，從原子尺度觀察到薄膜-基體原子之間的交換，通過圖像模擬結合電子能量損失譜數(shù)據(jù)對其原子交換進行量化，結合理論模擬計算對于材料界面的成鍵規(guī)律特性進行了推測，從而對導致薄膜材料宏觀性能的界面特殊微觀結構進行了理論和實驗解釋。

育電鏡英才

“設備有錢就可以買，但利用電鏡進行材料科學研究并能出成果，最需要的是專業(yè)人才團隊，而國內缺少這種有一定經驗積累的團隊。”“電鏡需要長期的經驗積累，這個學科不需要你有多聰明，但是一定要有動手能力，一定要能靜得下心，耐得住寂寞?！边@是在透射電鏡領域里，可以取得一定成就的人一定要具備的品質因素，也是楊光對他課題組的研究生入學的基本要求。透射電鏡領域的學習并不僅限于操作電鏡得出圖像或譜圖，這是一個物理、化學、材料等領域交叉形成的學科，需要學生了解或者掌握方方面面的知識。因此楊光要求其課題組的研究生除電鏡知識技能之外，需要至少掌握相關材料的合成技術或解釋材料微觀結構的理論模擬知識。對于組內優(yōu)秀的研究生，楊光不僅推薦他們參加國內外相關的學術會議，而且希望學生畢業(yè)后可以出國深造或工作，開拓視野。目前，楊光組里畢業(yè)的第一個碩士生由于其全面的電鏡技術得到了學校的認可，得以留校工作。第一個博士生李超由于出色的電鏡實驗及理論模擬知識，在美國俄勒岡州波特蘭市舉行的2015年美國電子顯微分析協(xié)會年會（Microscopy& Microanalysis 2015）上，榮獲了由美國著名專業(yè)學術協(xié)會-微分析協(xié)會（Microanalysis Society）頒發(fā)的研究生學術獎（Presidential Scholar award）。李超不僅成為2015年度獲得此榮譽的唯一來自中國大學的在讀研究生，也是西安交大第一次獲得此榮譽的學生。

記者期待楊光可以培養(yǎng)更多的研究生和青年學者進入這樣一個正在快速發(fā)展的新興實驗領域，為他們學習了解新電鏡方法、新技術并開展與之相關研究提供更多機會，為中國的電鏡事業(yè)的發(fā)展創(chuàng)造出更美好的未來。