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作者:馨雨 來源:《國科大》 發布時間:2020/12/18 13:01:36
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林曉研究員:科學研究應服務于社會和國家的需要

 

編者按:林曉,在2020年9月13日中國科學院大學“2020年教師表彰大會”上被授予“領雁金獎”。他帶領中國科學院大學“熱學”教學團隊獲評北京高校優秀本科育人團隊。“教書育人,更是一種情懷。”在林曉看來,每次授課過程中與學生們在語言、目光上“高山流水”知音般的交流,會讓他感到愉悅和振奮;看到學生成長成才,不斷進步,他會有著比發表一篇論文更大的成就感。林曉作為一名老師,言傳身教,傳道授業解惑;作為一名實驗物理科學家,承擔數項國家重大科研任務,為解決國家的“卡脖子”難題而努力。

攝影/涂植鵬

講課“風趣幽默”,內容“知識硬核”,在大學,這足以讓一門課沖上搶課熱度榜。在中國科學院大學(以下簡稱“國科大”),林曉的課堂便是如此。

國科大2016級本科生、2020級研究生劉瀟說:“林教授是我大一基礎課力學的助教,上他第一節習題課時我就被他所講的內容深深吸引了。教授邏輯清晰、風趣幽默、循序善誘又直抓問題本質。后來我又選了他的熱學課。”

劉瀟的同班同學張浩說:“我第一次上林老師的物理實驗課之前,就聽很多身邊的同學說喜歡林老師,他的課內容專業有深度,同時又詼諧幽默,非常具有吸引力。”

“早課不犯困!”國科大2016級本科生劉澤宇的表達更是直接,“我選的是林老師的熱學課,他上課永遠都是笑呵呵的,特別有親和力,課堂內容深入淺出,十分‘硬核’。”

林曉被評為“最受學生喜愛的老師”,更被學生們“笑稱”他是物理課堂的“段子手”。他的課程入選了首批國科大“本科榮譽課程”,并榮獲“中國科學院教育教學成果獎”,課程的課件也被其他高校的數位教師用于教學參考。

“教書育人給我帶來成就感”

林曉是國科大物理科學學院教授、博士生導師,他為國科大的本科生教授熱學、基礎物理實驗等課程。

2013年9月,林曉獲得科院人才引進計劃支持回國,以副教授的身份入職母校國科大,開啟了教書育人、科學研究的新征程。初入職,他為研究生講授X射線晶體學課程。2014年9月,國科大首屆本科生入學。入職一年的林曉,從一名助教做起,開始了他的本科教學生涯。

“新生”的國科大本科生教育以“精英教育”為特色。授課教師由院士、著名專家學者擔任,還有實力雄厚的助教隊伍為學生答疑解惑。當時,林曉擔任著教學名師田光善講授的基礎物理-力學課程的助教以及中國科學院院士歐陽頎基礎物理-熱學課程的助教,給學生們講授力學和熱學的習題課。

2016年春季,林曉開始主講本科生熱學課。劉瀟覺得“林老師講課非常清晰,通俗易懂”。他的課堂既有“大家想象有一只真空中的球形雞”這種挑戰想象力的硬核知識;也有知識背后引人思考、啟人智慧的科學史和科學家精神。

林曉在講授基礎知識的同時,還努力剖析學科發展的深刻社會歷史背景。他分析熱學發展過程——人力、畜力滿足不了社會發展對動力的需求,促進了熱機的發明、改進和廣泛應用,進而再有卡諾對熱機的思考,這才有了卡諾定理的提出,推動了熱學理論的建立和完善。這樣的分析告訴學生們,科學不是少數人憑空想象產生的,而是社會發展和需求所驅動的。所以要善于從現實社會需求中發現問題,提出問題,解決問題。

“科學發展有社會經濟基礎作支撐,即生產力發展到一定階段對技術提出要求,進而提出科學問題,推動科學探索,同時也為科學研究提供物質基礎。”這也是林曉一直給學生傳達的思想。

課堂之外,他建立QQ群,不定期轉發前沿科技文獻,供學生閱讀學習;同時,鼓勵同學們多讀書、讀好書;鼓勵大家在群里匿名提問交流。他想,“通過建立線上交流群,引導同學們善于思考,大膽提問,互相幫助回答問題。事實上,學生問和答的過程,都是很好地自我提高的機會,因為無論是提問還是解答,都需要閱讀文獻、深入思考。”

劉瀟說:“林老師平易近人,與學生們可以暢聊任何話題,對學生從不吝嗇夸獎。大三時,他被我們班學生一致推舉為名譽班主任,大家無論是學習科研還是生活上出了問題,都會想到去問林老師。”

林曉還擔任著本科生基礎物理實驗課程的首席教師。他支持學生早進課題組,早進實驗室,以前沿課題研究項目為抓手,提高學生創新能力和實踐能力。他還不定期組織凝聚態物理講座,邀請領域內的名家大師給同學們帶來最前沿的物理學研究進展。

“教書育人,更是一種情懷。”在林曉看來,每次授課過程中與學生們在語言、目光上“高山流水”般的交流,會讓他感到愉悅和振奮;看到學生成長成才,不斷進步,他會有著比發表一篇論文更大的成就感。

“在合適的平臺上作更大的貢獻”

在學生們看來,林曉的課堂之所以深刻有料又通俗有趣,源于他對物理的深刻鉆研和真摯熱愛。

林曉不只是一位教師,也是一位純粹的科學家。

而他走上物理學研究之路,或許是家庭潛移默化的影響。林曉的父親畢業于復旦大學物理系,不過后來從事了醫學工作。在中學時期,物理是林曉各科成績中最為優秀的一門。后來他考入了北京理工大學物理系,隨后又在中國科學院物理研究所攻讀博士學位,從此一路與物理相伴。

為了更好地實現科研夢想,2006年8月,林曉博士畢業后,獲得洪堡基金會的支持前往德國馬普學會弗里茨·哈伯研究所繼續深造。2010年4月,他又到了美國太平洋西北國家實驗室工作。

“在國外,利用其高水平的科研平臺、先進的儀器設備,學習吸收先進的科研理念,讓我獲益良多。”林曉坦承,在那時,中國的科研條件和水平不比現在,尤其是基礎研究還很薄弱。

林曉始終未忘祖國的召喚。“國家正處在高速發展階段,科研投入與實力都有較大提升。在凝聚態物理領域,雖然整體相對還有些差距,但在某些方面已跟國際處在同一起跑線上,甚至超越了國際水平。”所以林曉選擇了歸國。

2013年9月,林曉回國,回到母校國科大物理科學學院任職。在他看來,回國后,更重要的是自己可以在一個合適的時機和平臺上作出更大更好的貢獻。不是等一切都成熟后坐享其成,而是在學校和學院的大力支持下,他與同事一起建設實驗室、購置儀器、招收新生……

林曉用一棵小樹苗作比喻,“起初它在土壤里生根發芽時,我們在表面并不能看出它在生長,但其實打牢了根基,才能更好地生長。”

2016年,林曉有了新身份——科研處處長。在他看來,這是一個為科研人員和國科大科技創新服務的身份。

自任職以來,林曉和科研處的同事們一起采取了多項舉措。“我們想給大家創造一個好的學術氛圍、交流空間,激發創新活力,提升學??蒲兴?。”組織召開交叉學科研討會,推動不同學科科研人員深度交叉合作;實施“國科大優秀青年教師科研能力提升計劃”,穩定支持具有良好發展潛力的青年教師,鼓勵他們在學術道路上持續鉆研。

“科學研究應服務于社會和國家的需要”

物理學有很多分支,比如天文學、粒子物理等。天文學是研究極大尺度的物體運行規律,而粒子物理是研究極小尺度的物體的行為規律。在兩者之間還有一個很廣闊的領域,那就是凝聚態物理,它屬于中間尺度,與人們日常生活最為接近。

凝聚態物理,便是林曉所處的科研世界。

“凝聚態物理是研究很多、非常多、極其多個粒子在一起時的物理,重要的事要說三遍。”林曉笑著說。多粒子之間相互關聯便會產生有趣的新現象、新性質,“諾貝爾物理學獎得主、著名凝聚態物理學家菲利普·安德森曾發表文章認為‘More is different’,就是說,多了以后就不一樣了。”

近年來,凝聚態物理學已逐步發展為當今物理學最大的分支學科。磁性、超導、納米材料等都是其研究對象,它們呈現出的諸多新奇、有意義的物理現象吸引著大量的物理學研究者投身其中。

林曉是其中的探索者之一。在他看來,凝聚態物理的研究還有一個更重要的特點——與生產實踐聯系密切,對社會發展起到直接的推動作用。

“比如半導體芯片,這是起源于凝聚態物理的成果。”凝聚態物理為發展新材料、新器件提供了科學基礎,在科學探索和實際應用之間架起了一座橋梁。

多年來,林曉致力于凝聚態物理實驗研究,尤其在新型二維原子晶體材料及其器件的探索中取得了諸多重要成果。

二維原子晶體是一種新型材料,近年來備受人們關注,其中,石墨烯是典型代表。石墨烯因具有超高的載流子遷移率等許多優良的特性,在電子學、光學、磁學、催化、儲能和傳感器等領域都有著巨大的應用前景。林曉認為,“石墨烯的發現,相當于打開了新型二維原子晶體材料研究的大門,這個門里面有很多問題值得研究探索。比如不同研究組獲得的石墨烯/氮化硼異質結構性質迥異,這一點一直令科學家們感到困惑。”

當時,諾獎獲得者Geim教授的團隊正研究石墨烯/氮化硼異質結構的性質,他們在表面結構精細表征方面遇到了困難,尋求在國際掃描隧道顯微學研究領域享有盛譽的高鴻鈞院士課題組進行合作。林曉參與其中,與學生們改造儀器設備,努力消除振動的影響,通過掃描隧道顯微實驗獲得單原子水平上的石墨烯/氮化硼樣品的大面積精細表面結構圖像,使得人們在原子尺度上對公度-非公度轉變有了更清晰、全面、深入、完整的認識和掌握。

“我要特別感謝我們的學生,因為要獲得原子尺度的圖像和數據,必須要在十分安靜的條件下做實驗,外界的一點擾動就會對實驗產生嚴重影響,他們常常在夜深人靜的時候做實驗,熬了很多個深夜,最佳實驗時間是春節假期那幾天的半夜,大家都沒有休息。”林曉說。也正因如此,他們取得了別人難以突破的成果。

林曉對石墨烯等二維原子晶體的關注仍在繼續,對“more”的追尋也從未停止。

在傳統研究中,人們大多在尋找層狀結構塊體對應的二維單層材料。“自然界這樣的材料種類有限,在有限的種類中拓展應用總歸受限。”林曉認為,“我們要想構筑一個豐富多彩的世界,就要創造足夠多的新型材料,豐富材料的性質,這樣才能在利用時有更多選擇空間,從而滿足我們的需求。”

高鴻鈞院士的指導下,他和學生大膽創新、嘗試,不被已有的框架所局限,制備出了沒有對應層狀塊體的二維單層硒化銅材料,而且該硒化銅材料具有天然的圖案化特性,在電子器件以及化學催化等方面極具應用前景。這一新型材料得到了國際同行的高度認可,其成果發表在《自然-材料》雜志。美國伊利諾伊大學Joseph W. Lyding教授指出:“若將證實的‘自然圖案化’方法推廣到一大類以硫族化合物為主的二維材料中,會為制備納米尺寸器件及化學過程系統創造更多的機會。”

作為一名實驗物理科學家,林曉和團隊多年如一日,耐得住開展科學實驗時的寂寞,有著處理實驗數據的細心、分析實驗結果的嚴謹,不斷取得科學突破。他在國際重要學術刊物上已發表論文70余篇,并于2019年成功申請國家自然科學基金委優秀青年科學基金項目。

林曉堅信,科學研究應為國家需要服務。近年來,他開始關注“量子計算”相關的掃描隧道顯微學及輸運測量研究,承擔了數項國家量子調控與量子信息重大科研任務,為解決國家的“卡脖子”難題而努力。

寬以待人 樂觀豁達

在學生們心里,作為一名博士生導師,林曉有著獨特的人格魅力。

劉瀟的成長深受林曉的影響。大三時,對未來迷茫的劉瀟時常在課后找林曉聊天,林曉用自己和其他科學家的成長經歷啟發劉瀟如何解決困惑,還邀請劉瀟到課題組,與研究生們交流,感受他們的學習生活。

“這些讓我走出了迷茫和焦慮,也讓我找到了科研興趣和人生方向。”劉瀟說。如今他已成為一名研究生,專注于掃描隧道顯微學在量子計算中的應用研究。

劉瀟說,林曉經常鼓勵他,“沒關系,很好辦”“你肯定沒問題”“問題不大”,這些讓他一步步變得沉穩和自信。

另一位博士生鄭琦則被林曉勤奮嚴謹的精神深深感染。“每天晚上10點多,我們還能在實驗樓見到林老師。他十分勤奮,但從不會嚴苛地要求學生也加班。”鄭琦說。林老師對學生很寬容,他鼓勵學生有自己的想法,同時給出指導和建議,如果學生因為失誤造成了實驗失敗或是損壞儀器,他總是先關心學生的安全,并安慰學生“沒關系”,從未因此而責備學生。

事實上,樂觀與豁達,是林曉的人生態度。他把人生中遇到的挫折看成是鼓勵和鞭策,把忙碌當作充實。在他看來,好心態很重要,“從某種程度上,正是由于人生的起起伏伏,才能看到最美的景象。正如歌里唱的,不經歷風雨,怎能見彩虹。”

林曉認為,作為年輕的科研人員,科學的價值觀、堅守科研誠信的底線十分重要。“科研之路必然要有辛苦的付出,做好這個準備,就大膽放手去干吧!”

國科大,林曉肩負著多重職責,但他踏實努力,不疾不徐。“我踏踏實實做著自己的工作,就像農民種地一樣,相信到了秋收的季節總會有收獲,努力的人是不會被辜負的。”(原標題:林曉的凝聚態世界 作者系國科大記者團成員)

 
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