#重点实验室巡礼# 【红外探物 矢志不渝——走进红外物理国家重点实验室】茫茫太空,众多人造航天器在按既定轨道翱翔的同时,还要做到实时精准对地“观测”。如何让卫星、飞船等航天器上的“天眼”看得清、看得远、看得准,核心关键技术攻关迫切需要基础研究与应用基础研究先行。

依托中国科学院上海技术物理研究所(以下简称上海技物所)建设的红外物理国家重点实验室,是一支始终瞄准国家使命性任务和面向世界科学前沿、在红外物理应用基础领域已具有国际影响力的创新团队。

“立足国际前沿、瞄准国家需求,打造在国际上具有重要影响的科学研究创新基地、高层次专业人才培养基地、解决国家‘有和无’的基地。”经过数十年发展,红外物理国家重点实验室主任陈效双坚定地认为,实验室走的“红外光电子物理与光电操控的应用基础研究”之路是正确的。

“红”脉相承

“白手起家,勇于创新”,是老一辈科研工作者的座右铭,也是红外物理国家重点实验室的标签和基因。

上海技物所开展红外光学研究的历史,可以追溯到上世纪50年代。1951年,中国科学院院士汤定元从国外留学回国在上海技物所工作后,选择了半导体物理作为自己的研究方向,并在工作小组中主要研究半导体的光学及光电性能。

在从事半导体的研究中,汤定元极具战略眼光地认识到红外技术对国家安全的重要性。他提笔向国家主管部门和聂荣臻元帅“请战”,建议我国部署红外研究工作。

随着红外物理逐渐成为研究的热点,红外物理国家重点实验室第一、二届主任,中国科学院院士沈学础和同事们白手起家,建立了红外物理实验室,致力于用红外的方法研究物体的性质,同时用这些研究成果促进红外技术及应用的发展。

起步初期,实验室发展异常艰难,在研究所的仓库里开始,沈学础和同事们一步步像养孩子一样把实验室“拉扯大”。由于发展迅速,1985年,红外物理实验室成为中国科学院开放实验室;到1989年,实验室正式被纳入国家重点实验室序列。

红外物理国家重点实验室第三、四届主任,中国科学院院士褚君浩瞄准红外物理热点领域开展了重点布局。褚君浩长期从事红外光电子材料和器件的研究,开展了用于红外探测器的窄禁带半导体碲镉汞和铁电薄膜的材料物理和器件研究,并提出了碲镉汞的禁带宽度等关系式,被国际上称为CXT公式。

“做科研要敢于工作在前沿,要有志气,要在前沿做出好的成果来。”褚君浩不仅身体力行,也把这样的信念根植于实验室的发展中。

实验室第五、六届主任陆卫在理论研究中,应用红外磁光光谱手段,从实验上直接验证了Haldane禁带理论猜想。这项工作属国际首次,为磁学领域解决了重要理论命题的判别问题。

“从基础研究到成果最终应用,实验室有很好的传承。”陆卫说。

正是这样的创新传承,使得实验室的发展蒸蒸日上,为迈向具有国际重要影响的科学研究创新基地奠定了坚实基础。

使命担当

红外物理学的应用基础研究,是国际上六大颠覆性前沿科学之一,对未来发展有重要而深远的战略意义。

从东方红一号人造卫星,到如今的墨子号、天宫二号等,红外物理国家重点实验室完成了为我国空间和安全重大工程技术的跨代发展提供学科支撑的使命。

“有赖于长期学科基础积累,立足红外物理学的应用基础研究,实验室承担了大量的国家中长期规划和国家重大科学计划,有力推动了我国空间技术的发展。”陈效双介绍。

目前,实验室针对空间光电技术跨代发展需求,已形成较完备的红外物理学科方向布局,围绕“红外物理、材料、器件及其光电探测新方法研究”领域,确立了实验室的研究重点,凝练窄禁带半导体物理、量子态调控、低能元激发物理、光谱学新技术、光电探测新方法与应用等5个研究方向。

“以现代红外物理学为切入点,立足学科前沿和国家重大需求,围绕红外光谱、红外系统、红外器件等,开展了新机理、新概念、新材料、新器件、新技术、工程验证和应用的全方位科研,形成了完整的学科链。”陈效双说。

作为国家创新力量,红外物理国家重点实验室攻坚克难,取得了一个又一个突破。

在基础研究领域,实验室提出光场调控的新机理,实现了一种基于多子探测机制的反常光电响应,室温光电增益高达5个数量级;利用电场调控的新思路,实现了对低维半导体的电子结构及光电特性的有效操控,有效抑制了暗电流,显著增强了光电响应率。在关键技术方面,实验室开展了“大面积红外焦平面技术”科研攻关,并取得了重大突破,成为我国主导性红外探测技术跨代发展的典型。专家评价该成果“填补了我国在该领域的空白,解决了夜间成像观测的难题,在海洋观测、灾害监测等应用领域,获得了一批其他手段难以得到的重要目标信息”。这项突破也使我国成为继美国之后,第二个有能力制造硅基碲镉汞红外焦平面器件的国家。

此外,随着社会经济需求的不断提升,国家气象卫星向着精细化方向发展,对地观测空间分辨率要求从1公里提升到10米,长波红外对海洋观测温度分辨率要求从百毫开量级提升到几十毫开量级。而这对光电探测能力提出了新的要求。红外物理国家重点实验室经过深入攻关,取得的相关成果在气象卫星“风云4号”垂直探测仪上获得应用,使得卫星对大气实现了高精度温度、湿度参数的垂直结构观测,相当于对大气进行CT扫描。这项成果领先国际至少5年。世界气象组织空间计划卫星事务资深咨询专家蒂尔曼·莫尔评价说:“国际气象界都在迫切盼望使用这种新型数据;干涉式大气垂直探测仪将成为气象卫星的重大突破,而中国气象部门将在这一领域走在前列。”

此外,单光子偏振高保偏调制技术突破、红外探测新机理新概念、微纳光谱新方法等一系列科研进展,也成为实验室发展的实力标签。

陈效双表示,近年来,实验室承担了“核高基”“高分辨率对地观测系统”“载人航天与探月工程”等国家科技重大专项,国家重点研发计划“地球观测与导航”“量子调控与量子信息”“战略性先进电子材料”等重点专项,国家自然科学基金委创新研究群体项目、重大项目,以及国家重大工程型号任务等一系列聚焦国家核心竞争力的重大研究项目。

辛勤付出也迎来了累累硕果。近5年来,红外物理国家重点实验室获得各类科技奖项共计17项,包括国家自然科学奖二等奖1项、国家技术发明奖二等奖1项、国家科技进步奖特等奖2项、国家科技进步奖一等奖1项、国家科技进步奖二等奖2项;在《科学》《自然—电子学》等期刊上发布多篇有影响力的论文;获得发明专利授权数百项。

坚持专注

创新的事业离不开创新的人才和团队。从汤定元、沈学础、褚君浩等老一辈科研工作者,到目前的光电子学、光电子材料与器件、光电技术3支创新团队,实现了老中青结合、互相交叉,为红外物理国家重点实验室的科研攻坚和创新发展积蓄了强大动能。

而打造“红外领域高层次青年科技人才的培养基地”,也是实验室的重要目标之一。

目前,实验室拥有固定人员 71人,其中研究人员达 65人。在陈效双看来,“坚持需求牵引、学科推动模式下人与事结合的人才培养模式”是实验室多年来的探索实践所得。

留学回国的研究人员中,陈建新近年来不断攻关,发展了新一代红外探测材料与器件;郝加明专注于等离激元光子学、超构材料和变换光学等领域,取得了重要进展。

而博士毕业留所的研究人员中,黄志明的创新性工作,丰富了太赫兹波的产生和探测技术;胡伟达的深入研究,推动了室温二维材料红外探测器的发展。

实验室里一批35岁左右的青年才俊也崭露头角。王建禄、周靖、李冠海等研究人员在国际重要学术期刊上发表了一系列重要论文,并获得了多项重要荣誉,彰显了实验室强劲的发展后劲。

“我们实验室在成立之初的主要目的,就是在红外技术发展方面,为国家作出源源不断的创新性和原创性贡献。实验室有这样的文化,结合国家需求做好基础研究。”黄志明认为这样的理念已经深入到实验室人员的骨子里,“我来到这个环境中之后,也慢慢受这样的影响,希望在前沿领域做些事情”。

“要坚持一个方向,还要专注,科研工作不能打一枪换个地方。”胡伟达访谈时的关键词是“坚持、专注”,道出了红外物理国家重点实验室不断取得重大突破、人才团队不断成长壮大的奥秘。

开放创新

栽下梧桐树,引来金凤凰。红外物理国家重点实验室的发展,不仅迎来了留学人才的回归,也迎来了海外知名学者的访问交流。

陈效双表示,“开放、流动、联合、竞争”是实验室发展的八字方针。近年来,实验室设立开放课题44项,总经费620万元,占开放运行费24.8%;同时,实验室积极邀请美国、德国、日本、英国、加拿大等国知名学者来实验室做6个月以上的访问交流和合作。

在开放课题的支持下,红外物理国家重点实验室团队与武汉大学教授廖蕾合作的“砷化铟基纳米线器件研制及室温红外探测中的应用”成果、与复旦大学教授修发贤合作的“狄拉克和外尔半金属的相变及光电特性研究”成果等,均在国际重要学术期刊上发表。

同时,实验室团队与国际知名学者开展了系列合作研究,包括与俄罗斯科学家Yury Andreev合作的太赫兹光源研究,与日本教授小宫山进在近场红外光学系统与应用领域进行的研究,不仅促进了国际交流合作,也提升了实验室的国际影响力。

面对良好的发展态势,陈效双却主动查找问题。“目前,实验室在高性能微纳表征工作条件方面,还有待加强;针对红外物理基础研究与国家空间光电前瞻性技术研究,交叉型优秀年轻人才成长和储备还存在不足。”

陈效双希望,实验室设置、布局和人才配备既符合国际最新研究前沿和重大领域的发展趋势,又满足我国未来空间光电技术发展中应用基础和前瞻技术的攻坚需求。

“实验室发展与研究所发展实现了有机统一和良性互动。希望实验室未来更聚焦于国家的科研水平提升,取得一些‘从0到1’的突破。”上海技物所所长丁雷对红外物理国家重点实验室的发展寄予厚望。https://t.cn/A6GJj9YC

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#中国道教那些事儿[超话]#
庄子与河上公对"三生万物"的不同理解

老子在《道德经》第四十二章说:“道生一,一生二,二生三,三生万物”。老子在这里提出了世界本源的问题,开创了本体论,这个本体论反映了天地万物的规律。所谓本体,是指天地万物的内在基础,在万物形成之后,作为万物基础的本体,并不消失,而继续作为天地万物的内在依据永恒存在着。“道”是“有物混成,先天地生”的无极之存在。而“道生一”之“一”,是指原始物质的统一体。老子把“一”亦称为“朴”,“朴”即“道生一”之“一”。在老子第十章,有“载营魄抱一”,第十九章,有“见素抱朴”。“抱一”与“抱朴”同义, “一”即是“朴”,都是表示原始,本原的意思。所以,“道生一”之“一”应是我们称之为世界的原始素材或元素的东西。是构成世界的物质与能量,当代还要加入暗物质、暗能量。物质与能量,暗物质与暗能量,体现的正是《道德经》所说“万物负阴而抱阳”。
那么“一生二,二生三,三生万物”,应该如何理解呢?关于“一生二,二生三,三生万物”数千年来众说纷纭,一般是从《周易·系辞》的“太极生两仪,两仪生四象”来理解,即太极为“一”,阴阳两仪为二,四象万物为三。《天文训》:“道始于一,一而不生,故分而为阴阳,阴阳合和,而万物生。故日:一生二,二生三,三生万物”。然而,庄子与河上公对”三生万物“的理解是有独到之处的。

庄子在《齐物论第二》中说:“天地与我并生,而万物与我为一。既已为一矣,且得有言乎?既已谓之一矣,且得无言乎?一与言为二,二与一为三”。我理解,其意是:天地万物与我皆并生于道,这万物与我都是由物质构成,此谓:道生一。既然一出现了,特别是我出现了,就产生了知识语言。既然提出了“一”这个概念,还能说是无知识语言吗?于是“一与言为二”,就是万物加上知识语言成为“二”,此“二”就是指有知识语言的人了。于是,“二与一为三”,即指:有知识语言的人(二)通过对万物(一)的洞察感悟,生发为三。”三“就是人们形成的思想、理论、科学、技艺等智慧,三就是智慧。这万物、人(精神)、智慧这三者就构成“三生万物”。有人问,智慧不是存在于人脑中,而不可分的吗?其实,智慧从人脑中输出后,形成文本后就是不以人的意志为转移的独立主体了。举数学为例,1、2、3……数字是人创造的记数的智慧产物,现在发展到了极复杂层次,如数学上的"哥德巴赫猜想",已经独立于人的意志,有其内在的规律,人们一直解答不了,它具有不以人的意志为转移的客观实在性。所以,这万物、人(精神)、智慧是并列的相对独立体,构成了世界的“三生万物”。

河上公对“三生万物”的理解与《天文训》类似,但有发展。河上公在道化第四十二说 : 道生一,道使所生者一也。一生二,一生阴与阳也。二生三阴阳生和、清、浊三气,分为天地人也。三生万物,天地人共生万物也,天施地化,人长养之也。河上公最大的贡献是直接指出了”人“在”三生万物“中的突出地位,但没有提到”言“(智慧)这个概念。所以,河上公对“三生万物”的理解只包括天地(物质)和人(精神)两个方面,缺少了”言“(智慧)。这是一个遗憾。但"天"作为天道,从某些角度也可作为智慧物来理解。"不窥牖,见天道",所以,天道就是智慧的产物。而这样来说,河上公与庄子是异曲同工的。天(智慧)、地(物质)、人(精神)。

“物质”、“人”、“智慧”这三者是庄子在《齐物论第二》中提出的概念,巧的是当代公司主要资本也分为:“物质资本”、“人力资本”、“智慧资本”。我认为,这三类资本是从远古就贯穿于人类原始生产、自然经济、市场经济直至当代信息经济的始终。尽管“资本”的概念是“无中生有”的,它只在市场经济诞生后才出现,但作为“道”,它一直伴随着人类从远古发展到今天,正所谓:“道”,“百姓日用而不知”。比如:原始人拿木棍打猎,最初的“物质资本”就是木棍,“人力资本”就是他的体力脑力,“智慧资本”就是原始人从前辈继承或发明的打猎技巧。我们回顾远古时代就可发现这三者才是真正推动人类社会发展的基本要素和原始动力。正是“物质资本”、“人力资本”、“智慧资本”的交互作用,创造了人类社会的万事万物,推动着人类从刀耕火种的时代发展到今天的信息社会。这正应验了老子“一生二,二生三,三生万物”的深刻思想。

从音乐视角来看。美妙动听的钢琴曲,也是"三生万物"产生的。钢琴是"一"(物质),演奏家是"二"(人),钢琴曲为"三"(智慧),这三者的结合才能演绎出千变万化无穷无尽的美妙之音。所以,二千五百多年前的老子多么伟大!他洞察了世界万物的一切,让我们细细品味体察。许多获诺贝尔奖的大物理学家那么崇拜他,也是得到了南心灵感应的。

转自龙虎山道教


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