李可心
武漢大學(xué)物理科學(xué)與技術(shù)學(xué)院于霆
伴隨著信息技術(shù)的快速發(fā)展和傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)數(shù)字化的轉(zhuǎn)型,全球數(shù)據(jù)量呈現(xiàn)幾何級增長。在數(shù)據(jù)量需求的推動下,數(shù)據(jù)中心建設(shè)、5G建設(shè)等推動我國光通信行業(yè)持續(xù)健康發(fā)展。從芯片、器件、光纖光纜、預(yù)制棒到系統(tǒng)設(shè)備,我國已形成了完整的光通信產(chǎn)業(yè)鏈。然而,在技術(shù)與價值鏈上游的光芯片核心技術(shù)及光子器件高端工藝等領(lǐng)域,我國發(fā)展仍比較落后。數(shù)據(jù)顯示,目前全球超過85%的高速芯片市場份額依然被國際大型光通信芯片企業(yè)所把持,如何實現(xiàn)核心光芯片自產(chǎn)自供,擺脫對外依賴,成為我國光量子通信行業(yè)真正做大做強的關(guān)鍵。
“芯”之所向,行之所至。當(dāng)國家推動光芯片產(chǎn)業(yè)發(fā)展的召喚響起,遠(yuǎn)在新加坡求學(xué)和工作了20多年的于霆義無反顧地踏上了返程。對他來說,回國是遲早的事兒。在這個鼓點上達成夙愿,可謂是天時地利人和。
東湖之濱,珞珈山上,櫻花綻放,這是于霆夢想再起航的地方。有了武漢大學(xué)物理科學(xué)與技術(shù)學(xué)院教授這一新身份的加持,憑借多年在領(lǐng)域前沿摸爬滾打積累的經(jīng)驗,他帶領(lǐng)團隊以二維材料為切入點,積極發(fā)展可集成高品質(zhì)光源,破解當(dāng)前硅光子學(xué)“缺芯”的難題,助推未來硅光集成、光子計算、量子信息等關(guān)鍵性領(lǐng)域的發(fā)展。
一部人類發(fā)展的歷史就是一部改造自然的歷史。每一次大的技術(shù)變革乃至社會變革,物理這門學(xué)科在其中都扮演著舉足輕重的角色。作為自然科學(xué)的帶頭學(xué)科,物理學(xué)可以分為理論物理與應(yīng)用物理兩大類,而于霆的研究內(nèi)容則屬于應(yīng)用物理領(lǐng)域。當(dāng)被問及為何選擇這個方向時,于霆說:“我認(rèn)為,做學(xué)問必須合乎自己的愛好,方可得益。”
讀小學(xué)時,于霆就對一本叫《奧秘》的期刊非常著迷。到了初中,接觸了物理這門學(xué)科,于霆一下子就喜歡上了物理:在爬山時能感受勢能,在游泳時則思考反作用力,在籃球場上還可以練習(xí)拋物運動……在興趣的驅(qū)使下,于霆在物理學(xué)習(xí)的道路上不斷前進。1994年,他憑借優(yōu)異的成績被直接保送到吉林大學(xué)首屆物理基地班學(xué)習(xí)?!吧洗髮W(xué)后,學(xué)校會對物理學(xué)科進行具體的方向劃分,而物理基地班主要側(cè)重于理論物理方面人才的培養(yǎng)。經(jīng)過兩年的學(xué)習(xí),我逐漸認(rèn)識到我更愿意動手嘗試,把物理知識運用到實際生活中?!庇邛f。當(dāng)時他都沒有和家人商量,自己就直接轉(zhuǎn)到應(yīng)用物理專業(yè)。這也意味著他自愿放棄了直博理論物理方向的機會?!白龀鲞@個決定,并不是我一時的頭腦發(fā)熱,而是深思熟慮的結(jié)果?!庇邛忉尩?,大二時,他們學(xué)了一門實踐性很強的課程——“電子線路”。同學(xué)們都認(rèn)為電子線路設(shè)計非常困難,但他卻學(xué)得很快,還經(jīng)常到實驗室動手做研究。每次“電子線路”課程考試,于霆都能拿到高分,這讓他堅定了學(xué)習(xí)應(yīng)用物理的決心。
于霆(右二,會議執(zhí)行主席)在首屆絲綢之路國際二維會議合影
1999年,于霆遠(yuǎn)赴新加坡國立大學(xué)攻讀博士學(xué)位。談及這段經(jīng)歷,于霆笑著說:“其實我在本科時,對出國留學(xué)沒什么概念。但當(dāng)時很多同學(xué)都熱衷于此,甚至在大一大二時就著手準(zhǔn)備。我的一位大學(xué)室友對新加坡國立大學(xué)一直情有獨鐘,看我一直沒有物色國外大學(xué),就拉著我一起申請了新加坡國立大學(xué)?!本瓦@樣,于霆“稀里糊涂”地填了報名表,后來又和室友一起去北京參加新加坡國立大學(xué)的面試,并最終被順利錄取。
在新加坡國立大學(xué)讀博期間(2000年—2003年),于霆跟隨自己的恩師學(xué)習(xí)拉曼光譜,并開展拉曼光譜在納米鐵電鈣鈦礦、鐵磁材料相變的研究。恩師所領(lǐng)導(dǎo)的課題組在拉曼光譜研究領(lǐng)域一直處于世界前列,并多次獲得國家級研究獎。在其影響下,于霆一直堅持拉曼、熒光等激光光譜在新物理、新材料領(lǐng)域的研究,并取得了累累碩果,這也為他后期在相關(guān)領(lǐng)域深入開展研究埋下了伏筆。
博士后出站后,于霆留在新加坡成為南洋理工大學(xué)的一名老師。雖然他的研究水平完全能勝任助理教授一職,但由于其博士期間的研究都是在新加坡展開,并沒有任何在美國或者歐洲的經(jīng)歷,學(xué)校只能讓他從講師干起?!案鶕?jù)規(guī)定,講師既不能額外申請儀器設(shè)備,也不能帶研究生開展科研工作?!庇邛f,在這樣的情況下,他只能憑著手里一個小小的加熱臺,利用實驗室的一些公共設(shè)備去一點一滴地完成科研工作。
“不經(jīng)一番寒徹骨,怎得梅花撲鼻香?!?008年,于霆在科研上取得了重大突破,并由此榮獲了南洋杰出科研創(chuàng)新獎,學(xué)校也將他升級為助理教授。隨著研究條件的不斷改善,于霆相繼主持了“用于光通訊的可集成二維先進光源”“調(diào)制石墨烯電子能態(tài)結(jié)構(gòu)用于新型納米電子、光子、聲子學(xué)應(yīng)用”等多項重大科研項目,科研經(jīng)費累計金額逾1億元人民幣。多年間,他先后榮獲得新加坡國家研究基金會研究員獎、杰出青年科學(xué)家、達沃斯論壇杰出青年科學(xué)家獎、新加坡物理學(xué)會納米技術(shù)獎等多項榮譽,2017年獲聘為南洋理工大學(xué)終身正教授。
就在于霆在新加坡的工作迎來收獲期之際,2020年,他做出了一個讓很多身邊人驚訝的決定——回國。只因近幾年他非常強烈地感受到祖國在芯片研發(fā)及產(chǎn)業(yè)領(lǐng)域受制于人的困境,從中興事件到華為事件,中美兩國體現(xiàn)在芯片上的貿(mào)易摩擦頻頻發(fā)生。上至中國政府、下至普通百姓都深刻意識到,中國自行設(shè)計、制造芯片已刻不容緩。市場的需求、政策的加持、科研的創(chuàng)新,在“中國芯”的呼喚聲中,于霆踏上了歸程。
“我在新加坡待了20多年,但護照上的國籍從沒變過。我想著,只要我學(xué)成,時機成熟,隨時都可以回國?!睂⑹掷镞€在進行中的科研經(jīng)費超千萬的項目以及辛勤耕耘15年、好不容易建好的實驗室一一轉(zhuǎn)交給新加坡的老師后,于霆帶著他的行囊,踏進了武漢大學(xué)的校門。
“武漢大學(xué)是一個文化底蘊非常深厚的學(xué)校。不論是實驗室建設(shè)、合作渠道還是研究經(jīng)費、學(xué)生素質(zhì)等,只要有武漢大學(xué)在,一切就有了保證?!睂ψ约旱男聳|家,于霆充滿了信任,雖然回國的時間并不長,但從實驗室的建設(shè)、團隊的組建到科研方向的布局等,一切都在緊鑼密鼓地籌備中。于霆希望針對傳統(tǒng)激光器和光波導(dǎo)等有源和無源器件在低維尺度難以滿足高性能、高集成度、低功耗等綜合需求的問題,解決阻礙低維光電子器件進一步微型化和集成化的瓶頸問題。
之所以有這樣的底氣,則得益于于霆多年來在相關(guān)領(lǐng)域的科研探索。早年他長期從事二維材料物性研究與調(diào)控,及其在微電子、光電子、光通信等新型、高效器件方面的應(yīng)用開發(fā)。尤其在可用于新一代信息通信的二維材料的光學(xué)、光電特性等領(lǐng)域,他做出了許多引領(lǐng)性工作,如首次研制出室溫下超低閾值二維(WS2)面發(fā)射激光器;設(shè)計、研發(fā)二維手性發(fā)光二極管;通過改良傳統(tǒng)化學(xué)氣相沉積系統(tǒng),率先成功制備大尺寸單層且單疇二硫化鎢,首次使用熒光光譜在二維半導(dǎo)體(WS2)中發(fā)現(xiàn)雙光子發(fā)射;發(fā)展原位顯微光譜技術(shù),探究轉(zhuǎn)角、應(yīng)力、雜化等對二維材料物性調(diào)控;揭示以過渡金屬硫化物為代表的二維半導(dǎo)體材料的光學(xué)/光電特性;通過應(yīng)力、溫度、電場、磁場、層間相互作用等實現(xiàn)物理性能調(diào)控等。多年來,于霆先后發(fā)表SCI論文300余篇,他引28000多次,H因子89,百次以上引用論文80篇,多次(2017—2020年)入選全球高被引科學(xué)家。此外,他還共同編著《近場光學(xué)影像》《二維碳材料基本特性、制備、表征和應(yīng)用》等著作。
“積土成山,風(fēng)雨興焉;積水成淵,蛟龍生焉?!边^去數(shù)十年的積累,換來了居于前沿的先進技術(shù)和能力、對趨勢敏銳的判斷力和洞察力,還有在國內(nèi)外相關(guān)領(lǐng)域積累的廣博的資源和人脈,于霆希望把這些都一一帶回國家,帶給武漢大學(xué),授予自己的后輩,為國家打贏這場芯片之戰(zhàn)創(chuàng)造“絕地反擊”的機會。
欲行事,先樹人。如果非要讓于霆給出他執(zhí)意要回國的答案,那就是情懷。或許在很多人眼里,這個詞很虛,但對他來說是發(fā)自內(nèi)心的真誠。這是他多年在外,時間越久,越加珍惜和看重的精神內(nèi)核。所以回國之后,于霆篤定首先要把這份精髓傳承給自己的學(xué)生?!盁o德則不足以樹人,育人根本在于立德?!敝挥胸瀼亓⒌聻橄取⑿奚頌楸镜挠死砟?,才能為國家培養(yǎng)具有大愛、大德、大情懷的社會主義建設(shè)者和接班人?!芭囵B(yǎng)學(xué)生要將個人成才與時代需要緊密結(jié)合。要讓學(xué)生們深刻認(rèn)識到民族復(fù)興的重任和面臨的國際環(huán)境挑戰(zhàn),不斷訓(xùn)練他們在逆境中砥礪前行的韌性,培養(yǎng)青年一代甘于寂寞、勇于創(chuàng)新、敢于擔(dān)當(dāng)?shù)戎腥A民族傳統(tǒng)美德?!苯Y(jié)合20多年的海外求學(xué)、工作經(jīng)歷的感悟,將在國內(nèi)外積累的先進團隊建設(shè)經(jīng)驗和科研創(chuàng)新策略,以及國際化科研創(chuàng)新管理經(jīng)驗和鼓勵創(chuàng)新理念深深地融入到武漢大學(xué)文化傳承中。于霆希望以此為基,為我國光通信產(chǎn)業(yè)之崛起源源不斷地培養(yǎng)下一代研發(fā)人才。
一個人走得快,一群人走得遠(yuǎn)。于霆深知建設(shè)學(xué)科團隊的重要性。近段時間,他和新成員們一起立足當(dāng)下,謀劃未來,通過系統(tǒng)整理領(lǐng)域的最新科研成果,緊跟領(lǐng)域科學(xué)發(fā)展趨勢、知識及教學(xué)前景,積極探討和謀劃本學(xué)科發(fā)展規(guī)律和走向,從而建立和細(xì)化新的學(xué)科方向,推進我國在二維材料光學(xué)、光電子學(xué)、微電子學(xué)及相關(guān)交叉學(xué)科的發(fā)展和建設(shè)。一支由優(yōu)青(含海外)、杰出青年教師、博士后、博士生、碩士生組成的多層次人才、交叉學(xué)科背景的科研梯隊正在組建并初具規(guī)模。
“要有眼界和胸懷”,多年在外的經(jīng)歷和感悟,讓于霆深知要推進中國的芯片產(chǎn)業(yè)發(fā)展,絕不是關(guān)起門來閉門造車,而是要攜世界之手共同進步。他希望積極參與到相關(guān)學(xué)科領(lǐng)域中國學(xué)術(shù)期刊的創(chuàng)立、建設(shè)和發(fā)展中,為發(fā)出中國強音貢獻己力。同時他也計劃多組織具有影響力的國內(nèi)外學(xué)術(shù)會議,擴大我國自主研發(fā)成果科研影響力。他本人已和多位諾獎得主、國內(nèi)外院士團隊建立長期、活躍的合作,今后將繼續(xù)加強、發(fā)展同國內(nèi)、國際前沿科研團隊的合作關(guān)系。團隊計劃每年派遣團隊內(nèi)青年教師成員和優(yōu)秀碩博研究生進入這些先進研究團隊進行合作研究和聯(lián)合培養(yǎng),以期產(chǎn)出具有重大國際影響力的研究成果和開闊團隊人員的國際視野。
解決了后顧之憂,于霆相信自己未來的芯片攻堅之路會越走越順暢。如今,他正帶領(lǐng)團隊延續(xù)和加深在低維度信息材料基礎(chǔ)特性領(lǐng)域前沿研究,加速拓展其在光學(xué)、光電子和微電子等信息領(lǐng)域交叉應(yīng)用研究。團隊計劃瞄準(zhǔn)高質(zhì)量晶圓級二維半導(dǎo)體制備,有針對性地使用單晶金屬基底上晶疇定向生長及有機金屬化學(xué)氣相沉積(MOCVD)等技術(shù),同時開發(fā)無損、潔凈轉(zhuǎn)移技術(shù),從而最大限度地抑制缺陷形成及提高載流子遷移率;發(fā)展高出光效率發(fā)光器件結(jié)構(gòu)和高品質(zhì)因子光學(xué)微腔制備技術(shù),實現(xiàn)高效耦合發(fā)光器件;通過界面耦合分析,探究多層高質(zhì)量二極管及激光器的最優(yōu)集成結(jié)構(gòu)和電光驅(qū)動架構(gòu),提出多層高階異質(zhì)結(jié)制備參數(shù)工藝流程,實現(xiàn)低維光源器件垂直及片上集成。等待他們的,是一個又一個等待突破的難關(guān)。
盡管任務(wù)繁重,但內(nèi)心強烈的責(zé)任感和使命感驅(qū)使著于霆不斷前進。“之所以光通信成為所有網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成技術(shù)中降價最慢的領(lǐng)域,光器件是瓶頸,而光芯片是瓶頸中的瓶頸?!庇邛f,在傳輸系統(tǒng)、核心路由器、FTTH(PON)、光芯片這些方面,光器件成本占比高達70%~80%,而二維材料的出現(xiàn)給突破光器件的瓶頸帶來了希望?!敖柚錆h大學(xué)這個強有力的平臺,我將帶領(lǐng)團隊延續(xù)和加深在低維度信息材料基礎(chǔ)特性領(lǐng)域的前沿研究,并不斷加速拓展其在光學(xué)、光電子和微電子等信息領(lǐng)域的交叉應(yīng)用。我相信,一個‘光聯(lián)萬物’時代終將到來!”