不忘初心，追光逐夢
——訪上海大學(xué)理學(xué)院物理系金鉆明副研究員

在上半年的2018星友頒證交流會上，當(dāng)金鉆明說他是從事太赫茲光譜學(xué)研究時，太赫茲這個在媒體上出現(xiàn)的高頻詞讓我們對他留下印象。半年后我們有機會在上海大學(xué)物理系一間小金的工作兼實驗室里作了這次啟明星采訪。

金鉆明

金鉆明，長得白白凈凈，待人謙遜有禮。他一開腔說自己是上海人時，一楞后一喜，我們趕緊問他是上海哪里人？答曰：浦東楊家宅。坐落于如今浦東最繁華地段陸家嘴地區(qū)的楊家宅屬浦東沿江地帶，這和上海的開埠歷史幾乎是同時的。1986年出生的小金回憶，從懂事起，耳畔不時傳來的就是機器的打樁聲，以及拆房者、建樓者的身影。談及兒時的成長，他最大的感受是自己居住地周圍的環(huán)境一直在變，念書學(xué)校的場地也換了幾次。這就是當(dāng)年浦東大開發(fā)的速度。這段經(jīng)歷也讓金鉆明成了浦東開發(fā)開放的親歷者。

初識物理夢開啟

初中時，金鉆明就喜歡上了自然科學(xué)這門課程。與其他學(xué)校不同，他就讀的金楊中學(xué)把物理、化學(xué)和生物合在一起開自然科學(xué)課，這種不過早分科的做法激發(fā)了這樣年齡段學(xué)生對自然科學(xué)的興趣，其實是符合創(chuàng)新人才培養(yǎng)規(guī)律的。金鉆明特別提到了對他影響較大的物理老師陶建新，陶老師曾教過高中物理，對整個中學(xué)的物理知識體系非常熟悉，能夠從高于一般初中老師的視野和層次來啟發(fā)學(xué)生的興趣，系統(tǒng)地給學(xué)生教授知識。陶老師還很善于用順口溜之類的通俗語言總結(jié)物理規(guī)律，且好懂、易記。金鉆明對物理學(xué)的興趣就是從那個時候開始的。他如今還能隨口說出幾句陶老師當(dāng)年的“名言”，而對他影響最深的是8個字：勤學(xué)苦練，多思善結(jié)。現(xiàn)在，如果他工作中遇到困難或者挑戰(zhàn)，他也會首先問自己有沒有做到這8個字。金鉆明還用這8個字來教導(dǎo)自己的學(xué)生：“有些學(xué)生勤學(xué)苦練做得不錯，但不善于思考和總結(jié)歸納，而后者正是一個提煉升華的過程?！?/p>

金鉆明就讀的高中——洋涇高級中學(xué)也非常注重對學(xué)生綜合素質(zhì)和學(xué)習(xí)興趣的培養(yǎng)。當(dāng)時，浦東新區(qū)物理教研室組織安排了跨校的物理輔導(dǎo)班，這個輔導(dǎo)班選用新區(qū)的物理“尖子老師”來給學(xué)生授課，并且不以考試、競賽為目的，只是為了培養(yǎng)學(xué)生的興趣、開拓視野。因此很多學(xué)生都喜歡這個輔導(dǎo)班，金鉆明也是受惠者之一。至今讓金鉆明難忘的是他參加過的一個激光興趣班，在那里，他參與了激光全息照相，粗略地知道了信息如何能立體地存儲下來。在初步感受到激光魅力的同時也埋下了科學(xué)的種子，他最終如愿收到了上海大學(xué)電子信息科學(xué)與技術(shù)專業(yè)的錄取通知書。

大學(xué)四年，金鉆明用“絕不輕松”來形容。首任終身校長錢偉長將清華的教育理念帶到上海大學(xué)，標準高、要求嚴、節(jié)奏快，本科教育實行短學(xué)期制、選課制和學(xué)分制，10周上課2周考試。物理基礎(chǔ)課程很多，除了經(jīng)典的“力熱光電”物理課程外，還有原子物理和物理四大力學(xué)等，因此大學(xué)一二年級的學(xué)業(yè)比較重，三四年級上專業(yè)課時稍微輕松一點。由于興趣加上把主要時間都用在學(xué)習(xí)上，金鉆明說自己對物理越來越感興趣，特別在畢業(yè)設(shè)計階段越來越進入狀態(tài)。

光行時空究物理

2005年底，從新加坡國立大學(xué)回來的馬國宏教授作為東方學(xué)者來上大任教，正在選擇本科畢業(yè)設(shè)計導(dǎo)師的金鉆明了解到馬老師實驗室里有飛秒激光設(shè)備，當(dāng)年受激光實驗啟發(fā)的他毫不猶豫地聯(lián)系了馬老師并被接收。初進實驗室的金鉆明有點插不上手的感覺，課題組中帶他的馬紅師姐每天早上買點干糧到實驗室后一直做實驗到晚上11點才走，小金受到感染，從一開始不好意思比師姐走得早，到后來是越來越舍不得走，有時甚至半夜把數(shù)據(jù)采集完才離開實驗室。金鉆明的本科畢業(yè)設(shè)計主要研究超快激光光譜，圍繞光與物質(zhì)的相互作用，特別是光和電子自旋相互作用展開。超快光譜由于擁有極高的時間分辨率，能在超短時間尺度上提供原子、分子、晶體結(jié)構(gòu)動力學(xué)、電子自旋動力學(xué)等大量信息，超快光譜可以讓人們有機會欣賞“電子是如何舞蹈的”。金鉆明在馬老師指導(dǎo)下通過實驗研究，試圖改變以往用熱或外加磁場來控制電子自旋的方式，而采用光來控制電子自旋，利用飛秒激光在碲化鎘材料中誘導(dǎo)出自旋極化的電子并探測它的壽命。這方面的研究已是當(dāng)時國際上一個很前沿的方向，他的本科畢業(yè)設(shè)計也被學(xué)校評為優(yōu)秀畢業(yè)設(shè)計。

馬老師課題組的研究氛圍和環(huán)境讓金鉆明覺得十分融洽和親切，而且很多課題已經(jīng)開展了，他還想繼續(xù)做下去，因此選擇保研繼續(xù)留在馬老師課題組也是順理成章的事。金鉆明指著我們采訪所在的實驗室說，這間實驗室的設(shè)計草圖是他確定讀研時畫的，自己當(dāng)時已經(jīng)做好了在這里長期工作的準備。

研究生第一年，金鉆明就以第一作者身份發(fā)表了文章，這對于研究生新生來說是少見的。他的研究是基于“逆法拉第效應(yīng)（一個高強度的脈沖激光可以產(chǎn)生瞬態(tài)有效磁場）”首次在磁光晶體中實現(xiàn)全光磁開關(guān)。這個工作在刊出的同時，就被Nature Photonics雜志選為亮點文章加以評述，認為這項“超快磁開關(guān)”技術(shù)有助于將來實現(xiàn)超高速數(shù)據(jù)存儲和信息處理。金鉆明說，看到自己的文章作為亮點被引述報道時還是挺激動的，他沒想到自己的研究工作能得到本領(lǐng)域影響因子這么高的雜志的肯定和認可。這對于一個研究生來說無疑是巨大的激勵，增強了他的研究自信。

金鉆明在馬普學(xué)會做博士后時的科研團隊，他們共同在物理學(xué)頂級期刊Nature Physics上發(fā)表了論文

金鉆明說他特別想向那些為他提供物質(zhì)樣品的合作者說聲感謝。因為在他所有的實驗研究中，除了實驗工具激光器外，幾乎所有實驗中必需的材料，如上文提到的磁光晶體，都是同行無償提供的。通常他會通過文獻找到適合自己的材料，然后尋求提供材料的合作者。他還記得第一次尋找合作者時，很忐忑地寫郵件給福州大學(xué)的陳建中老師，沒想到陳老師非常爽快地答應(yīng)了。金鉆明非常感動，用他的話說，這些材料都是別人用自己的看家本領(lǐng)做出來的，能夠這么信任地交給你真的很不容易，而且他們往往并不要求署名，不求回報，這種無私的合作精神讓小金深感科研合作的重要，否則他的工作就無法開展。如今，他已建立起廣泛的合作網(wǎng)絡(luò)，所有的高質(zhì)量樣品都來自不同的合作者，在建立起相互信任的合作伙伴關(guān)系后，一些合作者還會根據(jù)他的要求重新設(shè)計制作材料。當(dāng)然，這也是一個合作雙贏的過程，通過不同領(lǐng)域的交叉融合，合作者也能獲得更多關(guān)于此材料的物理性質(zhì)。

凝聚光磁溯本源

2012年，還在讀博的金鉆明在馬國宏教授的推薦下來到德國馬普學(xué)會聚合物研究所做訪問研究。聚合物研究所的Mischa Bonn教授是太赫茲輻射（頻率在0.1～10 THz，位于微波與遠紅外之間的電磁輻射）領(lǐng)域的權(quán)威學(xué)者，這個研究所對太赫茲的研究處在非常前沿的地位。正是在這里，金鉆明開始系統(tǒng)、全面學(xué)習(xí)并進入太赫茲技術(shù)領(lǐng)域。他所在的課題組當(dāng)時在D.Turchinovich教授的領(lǐng)導(dǎo)下通過太赫茲光譜來研究石墨烯，用金鉆明的話說，這是在用世界上最好的光譜來測量世界上最好的樣品。讓金鉆明驚訝的是，這里很多關(guān)鍵的設(shè)備都是研究者自己搭建的，他們根據(jù)實驗需求編制不同的控制程序，能實現(xiàn)儀器的全自動化和高穩(wěn)定性，或許正是這樣的能力，這個研究團隊每年在Nature、Science等頂級雜志上有相當(dāng)?shù)陌l(fā)表量，盡管發(fā)表文章并不是這里的研究人員追求的目標，研究機構(gòu)也沒有這方面的考核硬指標。時間長了，金鉆明悟到這里的科學(xué)家真的已經(jīng)把追求科學(xué)真理視為研究的意義所在，發(fā)表文章只是追求真理過程中一個水到渠成的結(jié)果。

金鉆明在馬普待了三年，在此期間曾短暫回國完成博士畢業(yè)論文答辯，之后又回到德國從事博士后研究。他說，這三年是他能心無旁騖做研究的最好時光，他全身心地投入其中。得益于這里精良的設(shè)備，他獲得了以前難以得到的實驗數(shù)據(jù)和研究視角，并作為第一作者將研究成果發(fā)表在物理學(xué)頂級期刊Nature Physics上。金鉆明在德國完成的這項研究的意義可以追溯到獲得2007年諾貝爾獎的巨磁阻效應(yīng)。盡管獲得諾獎，但巨磁阻效應(yīng)中有幾個基本的磁輸運參數(shù)一直沒有得到直接測量（只是在理論上提出了相應(yīng)的磁輸運模型，這個模型支撐起了整個現(xiàn)代磁技術(shù)），而金鉆明通過超快太赫茲光譜手段首次直接測量到了自旋分辨的電子散射時間參數(shù)，從而以實驗數(shù)據(jù)支撐了磁輸運模型。Nature Physics和Nature Photonics雜志分別在“新聞視角”和“研究亮點”中對這篇論文作了解讀。這一工作也得到了國內(nèi)外媒體的關(guān)注報道，稱這項研究回答了一些本源的物理學(xué)問題，開啟了太赫茲自旋電子學(xué)這一全新的研究領(lǐng)域。

全國大學(xué)生“挑戰(zhàn)杯”開幕式上的高溫超導(dǎo)磁懸浮飛行列車演示系統(tǒng)，右圖為金鉆明設(shè)計構(gòu)思時畫的草圖

2015年，金鉆明獲得上海市首批“青年東方學(xué)者”資助入職上海大學(xué)。剛進入高校的年輕教師想要在科研生態(tài)圈中立足通常壓力較大，既要完成教學(xué)任務(wù)，又要做好科研。為了解決這個問題，上海大學(xué)實施了一項改革措施，即年輕教師可以選擇在入職兩年內(nèi)不教授課程，釋放教學(xué)壓力，將主要精力上放在科研上。兩年的寬松期能夠讓年輕教師較好地適應(yīng)環(huán)境，更全身心地投入科研。得益于這個政策的金鉆明這幾年獲得了國家自然科學(xué)基金青年項目、啟明星計劃和晨光計劃等多個項目的支持?；貒笏麉⑴c上海大學(xué)曹世勛教授與美國萊斯大學(xué)Kono教授的合作研究，利用強磁場、極低溫的太赫茲光譜，在凝聚態(tài)磁性系統(tǒng)中發(fā)現(xiàn)了第一個迪克協(xié)同作用的實例。2018年8月，這項重大突破性成果發(fā)表于Science雜志。在此文最后，金鉆明特別致謝啟明星項目對他的支持。說起啟明星等人才計劃的支持，金鉆明心存感激：“這其實是一個良性的循環(huán)，有了好項目的支持，才能有更多的資金開展研究和吸引優(yōu)秀的學(xué)生，從而做出更多、更高層次的研究工作，如果沒有進入這個良性循環(huán)，那么對我們這些剛起步的年輕人來說，有可能連學(xué)生都招不到?！彼?，他非常感恩上海大學(xué)提供這樣一個環(huán)境與平臺，感謝啟明星等人才計劃的雪中送炭。

訪問中，金鉆明向我們展示了他正在研究的一個用于產(chǎn)生太赫茲輻射的實驗器件。金鉆明介紹說，太赫茲由于具有穿透性強、安全性高、譜指紋性強、通信速率高等特點，利用其成像、光譜和通訊技術(shù)可廣泛應(yīng)用于安檢、醫(yī)療、國防等領(lǐng)域。但就目前的太赫茲源而言，還存在帶寬窄、成本高、系統(tǒng)復(fù)雜等問題。近日德國科學(xué)家Tobias Kampfrath團隊開發(fā)出了一種產(chǎn)生太赫茲的新方法——利用飛秒激光照射到磁性金屬納米結(jié)構(gòu)上產(chǎn)生太赫茲——能有效解決這些問題。金鉆明下一步的研究工作就是優(yōu)化與提高這種方法產(chǎn)生太赫茲的效率，這也是目前國際上該領(lǐng)域的一個研究焦點。就在我們采訪前，金鉆明剛從Kampfrath團隊那訪問歸來，他說他是“取經(jīng)”去了，為了緊跟研究前沿，這樣的交流訪問十分有必要，因為這次訪問讓他有機會從讀者變?yōu)閰⑴c者，零距離和這個課題組一起工作，也建立了下一步的合作關(guān)系。這應(yīng)該也正是上海大學(xué)設(shè)立教師短期訪學(xué)項目的初衷。

在教學(xué)上，金鉆明除了授課、擔(dān)任專業(yè)班導(dǎo)師外，還指導(dǎo)上海市大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓(xùn)練計劃項目。2017年，金鉆明和林賢老師受命設(shè)計全國大學(xué)生“挑戰(zhàn)杯”開幕式上的啟動裝置，啟動裝置歷來是這一活動的聚焦點，校方確定由物理系來擔(dān)此重任。受命后金鉆明與蔡傳兵教授團隊一起在短時間內(nèi)完成了高溫超導(dǎo)磁懸浮飛行列車演示系統(tǒng)。飛行列車演示非常成功，在開幕式上大放異彩。金鉆明指導(dǎo)的兩名碩士生都很優(yōu)秀，不僅都獲得了國家獎學(xué)金，并且找到了很好的工作，這讓他很自豪。他也打趣說，有些學(xué)生的工資可能是他的幾倍，但他還是深深熱愛自己的工作，只想專注于科研、教學(xué)和育人事業(yè)，他的理想是建立一支“超快光子學(xué)”創(chuàng)新研究團隊。

這番袒露心聲的話，也讓我們對金鉆明的了解又深了一步。我們本是為太赫茲而想到去找他，而他其實沒有太多地涉及現(xiàn)在非常熱的太赫茲的各種應(yīng)用，而是把更多的研究精力放到對太赫茲的基本規(guī)律的認識上，并為此樂此不疲。太赫茲輻射技術(shù)因為各種安防上的應(yīng)用而為大眾所知，吸引了很多研究力量和資源，而其實揭示其本源和規(guī)律同樣重要，也更需要有人去做。正是在這一點上，金鉆明的工作尤其值得我們稱道。

祝愿這樣一位有理想、有定力的科研“啟明星”不忘初心，早日成立他的夢之隊！

梁、江世亮寫于2018年11月25日