劃破黑暗的陽(yáng)光——記西安交通大學(xué)電信學(xué)院教授楊光

本刊記者　遲艷艷

劃破黑暗的陽(yáng)光——記西安交通大學(xué)電信學(xué)院教授楊光

本刊記者遲艷艷

這里可能沒(méi)有機(jī)會(huì)發(fā)表恒河沙數(shù)的論文，也鮮有機(jī)會(huì)站在人前任由無(wú)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(xué)，一個(gè)需要時(shí)間和經(jīng)驗(yàn)打磨的領(lǐng)域，很多人因?yàn)闊o(wú)法忍受聲名無(wú)聞而放棄，也有很多人因?yàn)槟筒蛔〖拍x去，而他卻始終堅(jiān)守，每當(dāng)他拉開(kāi)窗簾，讓陽(yáng)光劃過(guò)實(shí)驗(yàn)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(xué)電信學(xué)院教授楊光。

光芒初放

“與其他領(lǐng)域相比，電鏡是一門(mén)靠經(jīng)驗(yàn)出成績(jī)的學(xué)科，它需要你更多的時(shí)間和耐心。”

楊光不是天生的電鏡癡迷者。在經(jīng)歷了同濟(jì)大學(xué)的本科教育后，雖然他有報(bào)送本校讀研的機(jī)會(huì)，但是為了開(kāi)闊視野，他選擇了出國(guó)深造，來(lái)到了英國(guó)曼徹斯特理工大學(xué)材料學(xué)專(zhuān)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(qǐng)到了謝菲爾德大學(xué)材料工程專(zhuān)業(yè)的全額博士獎(jiǎng)學(xué)金。在英國(guó)，這類(lèi)可授予海外學(xué)生全額獎(jiǎng)學(xué)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(guó)學(xué)生。

“在謝菲爾德大學(xué)，我是導(dǎo)師的第一個(gè)學(xué)生，當(dāng)時(shí)他手把手地教了我很多東西。”在把“老師”稱為“老板”的國(guó)外，這樣的機(jī)會(huì)是少之又少。求學(xué)期間，一個(gè)有關(guān)用于高放核廢料處理玻璃微結(jié)構(gòu)的研究項(xiàng)目讓楊光明確了自己的對(duì)電鏡專(zhuān)業(yè)的興趣，他開(kāi)始留心于電鏡技術(shù)的發(fā)展，并磨練自己的操作技能。經(jīng)過(guò)3年多的努力學(xué)習(xí)，在2007年楊光順利拿到了博士學(xué)位，并獲得了去美國(guó)伊利諾伊大學(xué)芝加哥分校（UIC）物理系進(jìn)行博士后工作的機(jī)會(huì)。在UIC,楊光不僅熟悉了使用高分辨掃描透射電鏡（STEM）結(jié)合電子能量損失譜（EELS）研究材料埃米級(jí)別微觀結(jié)構(gòu)的研究手段，同時(shí)經(jīng)過(guò)努力申請(qǐng)到了使用當(dāng)時(shí)世界上最先進(jìn)的透射電鏡——美國(guó)伯克利國(guó)家電鏡中心TEAM0.5透射電鏡的機(jī)會(huì)。在TEAM電鏡上所獲得的成果被其管理者多次在國(guó)際會(huì)議特邀報(bào)告中引用，并將其作為最終電鏡性能評(píng)估的重要依據(jù)。兩年后，德國(guó)埃爾蘭根-紐倫堡大學(xué)材料系購(gòu)買(mǎi)了一臺(tái)球差校正電鏡Titan，該系微結(jié)構(gòu)分析領(lǐng)域帶頭人Spiecker教授邀請(qǐng)已經(jīng)具有球差校正電鏡使用經(jīng)驗(yàn)的楊光去負(fù)責(zé)使用和管理該設(shè)備，并提供了包括安排住房、方便孩子入托、提供政府公務(wù)員身份在內(nèi)的多項(xiàng)優(yōu)惠政策。在德國(guó)的近兩年時(shí)間中，楊光通過(guò)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(nèi)的20多種不同材料，發(fā)表/合作發(fā)表了十余篇高水平學(xué)術(shù)論文，為他今后利用球差校正掃描透射電鏡及相關(guān)分析技術(shù)對(duì)不同材料微觀結(jié)構(gòu)的研究打下了堅(jiān)實(shí)的實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)。

在西安交大大展拳腳

2010年，西安交通大學(xué)國(guó)際電介質(zhì)研究中心訂購(gòu)了兩臺(tái)球差校正透射電鏡，這是中國(guó)高校第一次同時(shí)購(gòu)買(mǎi)兩臺(tái)當(dāng)時(shí)世界上最先進(jìn)的電鏡設(shè)備，在國(guó)內(nèi)外電鏡領(lǐng)域內(nèi)引起了巨大反響。由于當(dāng)時(shí)世界范圍內(nèi)熟悉球差電鏡的管理、操作、應(yīng)用的研究人員較少，楊光知道，回國(guó)的機(jī)會(huì)來(lái)了！

2011年年初，楊光來(lái)到西安交大國(guó)際電介質(zhì)研究中心，這里因鐵電、壓電材料的研究而在國(guó)內(nèi)外享有盛名。在剛到西安交大前兩年的時(shí)間里，楊光主要的工作是電鏡室的建立，包括設(shè)備調(diào)研、采購(gòu)、安裝、調(diào)試、維護(hù)及技術(shù)人員的招募、培訓(xùn)等工作。如今的他，具有超過(guò)10年的球差校正電鏡的使用及研究經(jīng)驗(yàn)，他的課題組是目前國(guó)內(nèi)為數(shù)不多的可以在原子尺度進(jìn)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(duì)微晶玻璃的研究是楊光很早就想做的事情，但是由于實(shí)驗(yàn)設(shè)備及技術(shù)原因幾次都沒(méi)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(shì)，系統(tǒng)研究了硼硅酸鹽玻璃材料中納米級(jí)微晶顆粒的結(jié)構(gòu)及成分，發(fā)展了通過(guò)電子能量損失譜技術(shù)量化玻璃體中硼元素不同配位體所占比例的方法，彌補(bǔ)了玻璃材料易受透射電鏡輻照損傷的缺點(diǎn)，為利用透射電鏡及相關(guān)分析技術(shù)研究易受電鏡損傷的材料開(kāi)辟了新的途徑。除此之外，通過(guò)同校內(nèi)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(jié)構(gòu)表征及氧化物薄膜界面調(diào)控方面的研究上也取得了階段性的進(jìn)展。例如，通過(guò)對(duì)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(jié)構(gòu)及不同元素分布的研究，結(jié)合理論模擬揭示了材料結(jié)構(gòu)成分同其宏觀性能的之間的關(guān)系，為進(jìn)一步提高其催化性能、降低生產(chǎn)成本提供了堅(jiān)實(shí)的理論及實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)。所獲得的研究成果發(fā)表在包括自然通訊、先進(jìn)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(lái)興起的熱點(diǎn)材料之一，其特點(diǎn)在于薄膜材料可以產(chǎn)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(guò)對(duì)鈮酸鉀鈉、氧化鈦等多類(lèi)功能氧化物薄膜材料微觀結(jié)構(gòu)的研究，從原子尺度觀察到薄膜-基體原子之間的交換，通過(guò)圖像模擬結(jié)合電子能量損失譜數(shù)據(jù)對(duì)其原子交換進(jìn)行量化，結(jié)合理論模擬計(jì)算對(duì)于材料界面的成鍵規(guī)律特性進(jìn)行了推測(cè)，從而對(duì)導(dǎo)致薄膜材料宏觀性能的界面特殊微觀結(jié)構(gòu)進(jìn)行了理論和實(shí)驗(yàn)解釋。

育電鏡英才

“設(shè)備有錢(qián)就可以買(mǎi)，但利用電鏡進(jìn)行材料科學(xué)研究并能出成果，最需要的是專(zhuān)業(yè)人才團(tuán)隊(duì)，而國(guó)內(nèi)缺少這種有一定經(jīng)驗(yàn)積累的團(tuán)隊(duì)。”“電鏡需要長(zhǎng)期的經(jīng)驗(yàn)積累，這個(gè)學(xué)科不需要你有多聰明，但是一定要有動(dòng)手能力，一定要能靜得下心，耐得住寂寞。”這是在透射電鏡領(lǐng)域里，可以取得一定成就的人一定要具備的品質(zhì)因素，也是楊光對(duì)他課題組的研究生入學(xué)的基本要求。透射電鏡領(lǐng)域的學(xué)習(xí)并不僅限于操作電鏡得出圖像或譜圖，這是一個(gè)物理、化學(xué)、材料等領(lǐng)域交叉形成的學(xué)科，需要學(xué)生了解或者掌握方方面面的知識(shí)。因此楊光要求其課題組的研究生除電鏡知識(shí)技能之外，需要至少掌握相關(guān)材料的合成技術(shù)或解釋材料微觀結(jié)構(gòu)的理論模擬知識(shí)。對(duì)于組內(nèi)優(yōu)秀的研究生，楊光不僅推薦他們參加國(guó)內(nèi)外相關(guān)的學(xué)術(shù)會(huì)議，而且希望學(xué)生畢業(yè)后可以出國(guó)深造或工作，開(kāi)拓視野。目前，楊光組里畢業(yè)的第一個(gè)碩士生由于其全面的電鏡技術(shù)得到了學(xué)校的認(rèn)可，得以留校工作。第一個(gè)博士生李超由于出色的電鏡實(shí)驗(yàn)及理論模擬知識(shí)，在美國(guó)俄勒岡州波特蘭市舉行的2015年美國(guó)電子顯微分析協(xié)會(huì)年會(huì)（Microscopy& Microanalysis 2015）上，榮獲了由美國(guó)著名專(zhuān)業(yè)學(xué)術(shù)協(xié)會(huì)-微分析協(xié)會(huì)（Microanalysis Society）頒發(fā)的研究生學(xué)術(shù)獎(jiǎng)（Presidential Scholar award）。李超不僅成為2015年度獲得此榮譽(yù)的唯一來(lái)自中國(guó)大學(xué)的在讀研究生，也是西安交大第一次獲得此榮譽(yù)的學(xué)生。

記者期待楊光可以培養(yǎng)更多的研究生和青年學(xué)者進(jìn)入這樣一個(gè)正在快速發(fā)展的新興實(shí)驗(yàn)領(lǐng)域，為他們學(xué)習(xí)了解新電鏡方法、新技術(shù)并開(kāi)展與之相關(guān)研究提供更多機(jī)會(huì)，為中國(guó)的電鏡事業(yè)的發(fā)展創(chuàng)造出更美好的未來(lái)。