迎接“光聯萬物”新時代

李可心

伴隨著信息技術的快速發展和傳統產業數字化的轉型，全球數據量呈現幾何級增長。在數據量需求的推動下，數據中心建設、5G建設等推動我國光通信行業持續健康發展。從芯片、器件、光纖光纜、預制棒到系統設備，我國已形成了完整的光通信產業鏈。然而，在技術與價值鏈上游的光芯片核心技術及光子器件高端工藝等領域，我國發展仍比較落后。數據顯示，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所把持，如何實現核心光芯片自產自供，擺脫對外依賴，成為我國光量子通信行業真正做大做強的關鍵。

“芯”之所向，行之所至。當國家推動光芯片產業發展的召喚響起，遠在新加坡求學和工作了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。有了武漢大學物理科學與技術學院教授這一新身份的加持，憑借多年在領域前沿摸爬滾打積累的經驗，他帶領團隊以二維材料為切入點，積極發展可集成高品質光源，破解當前硅光子學“缺芯”的難題，助推未來硅光集成、光子計算、量子信息等關鍵性領域的發展。

“做學問必須合乎自己的愛好，方可得益”

一部人類發展的歷史就是一部改造自然的歷史。每一次大的技術變革乃至社會變革，物理這門學科在其中都扮演著舉足輕重的角色。作為自然科學的帶頭學科，物理學可以分為理論物理與應用物理兩大類，而于霆的研究內容則屬于應用物理領域。當被問及為何選擇這個方向時，于霆說：“我認為，做學問必須合乎自己的愛好，方可得益。”

讀小學時，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拋物運動……在興趣的驅使下，于霆在物理學習的道路上不斷前進。1994年，他憑借優異的成績被直接保送到吉林大學首屆物理基地班學習。“上大學后，學校會對物理學科進行具體的方向劃分，而物理基地班主要側重于理論物理方面人才的培養。經過兩年的學習，我逐漸認識到我更愿意動手嘗試，把物理知識運用到實際生活中。”于霆說。當時他都沒有和家人商量，自己就直接轉到應用物理專業。這也意味著他自愿放棄了直博理論物理方向的機會。“做出這個決定，并不是我一時的頭腦發熱，而是深思熟慮的結果。”于霆解釋道，大二時，他們學了一門實踐性很強的課程——“電子線路”。同學們都認為電子線路設計非常困難，但他卻學得很快，還經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，這讓他堅定了學習應用物理的決心。

1999年，于霆遠赴新加坡國立大學攻讀博士學位。談及這段經歷，于霆笑著說：“其實我在本科時，對出國留學沒什么概念。但當時很多同學都熱衷于此，甚至在大一大二時就著手準備。我的一位大學室友對新加坡國立大學一直情有獨鐘，看我一直沒有物色國外大學，就拉著我一起申請了新加坡國立大學。”就這樣，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的面試，并最終被順利錄取。

在新加坡國立大學讀博期間（2000年—2003年），于霆跟隨自己的恩師學習拉曼光譜，并開展拉曼光譜在納米鐵電鈣鈦礦、鐵磁材料相變的研究。恩師所領導的課題組在拉曼光譜研究領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、新材料領域的研究，并取得了累累碩果，這也為他后期在相關領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歷，學校只能讓他從講師干起。“根據規定，講師既不能額外申請儀器設備，也不能帶研究生開展科研工作。”于霆說，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備去一點一滴地完成科研工作。

“不經一番寒徹骨，怎得梅花撲鼻香。”2008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新獎，學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”“調制石墨烯電子能態結構用于新型納米電子、光子、聲子學應用”等多項重大科研項目，科研經費累計金額逾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、杰出青年科學家、達沃斯論壇杰出青年科學家獎、新加坡物理學會納米技術獎等多項榮譽，2017年獲聘為南洋理工大學終身正教授。

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及產業領域受制于人的困境，從中興事件到華為事件，中美兩國體現在芯片上的貿易摩擦頻頻發生。上至中國政府、下至普通百姓都深刻意識到，中國自行設計、制造芯片已刻不容緩。市場的需求、政策的加持、科研的創新，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，只要我學成，時機成熟，隨時都可以回國。”將手里還在進行中的科研經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 一轉交給新加坡的老師后，于霆帶著他的行囊，踏進了武漢大學的校門。

踏上突破光芯片瓶頸夢想征程

“武漢大學是一個文化底蘊非常深厚的學校。不論是實驗室建設、合作渠道還是研究經費、學生素質等，只要有武漢大學在，一切就有了保證。”對自己的新東家，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、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。于霆希望針對傳統激光器和光波導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領域的科研探索。早年他長期從事二維材料物性研究與調控，及其在微電子、光電子、光通信等新型、高效器件方面的應用開發。尤其在可用于新一代信息通信的二維材料的光學、光電特性等領域，他做出了許多引領性工作，如首次研制出室溫下超低閾值二維（WS2）面發射激光器;設計、研發二維手性發光二極管;通過改良傳統化學氣相沉積系統，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體（WS2）中發現雙光子發射;發展原位顯微光譜技術，探究轉角、應力、雜化等對二維材料物性調控;揭示以過渡金屬硫化物為代表的二維半導體材料的光學/光電特性;通過應力、溫度、電場、磁場、層間相互作用等實現物理性能調控等。多年來，于霆先后發表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家。此外，他還共同編著《近場光學影像》《二維碳材料基本特性、制備、表征和應用》等著作。

“積土成山，風雨興焉;積水成淵，蛟龍生焉。”過去數十年的積累，換來了居于前沿的先進技術和能力、對趨勢敏銳的判斷力和洞察力，還有在國內外相關領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，授予自己的后輩，為國家打贏這場芯片之戰創造“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，但對他來說是發自內心的真誠。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生。“無德則不足以樹人，育人根本在于立德。”只有貫徹立德為先、修身為本的育人理念，才能為國家培養具有大愛、大德、大情懷的社會主義建設者和接班人。“培養學生要將個人成才與時代需要緊密結合。要讓學生們深刻認識到民族復興的重任和面臨的國際環境挑戰，不斷訓練他們在逆境中砥礪前行的韌性，培養青年一代甘于寂寞、勇于創新、敢于擔當等中華民族傳統美德。”結合20多年的海外求學、工作經歷的感悟，將在國內外積累的先進團隊建設經驗和科研創新策略，以及國際化科研創新管理經驗和鼓勵創新理念深深地融入到武漢大學文化傳承中。于霆希望以此為基，為我國光通信產業之崛起源源不斷地培養下一代研發人才。

一個人走得快，一群人走得遠。于霆深知建設學科團隊的重要性。近段時間，他和新成員們一起立足當下，謀劃未來，通過系統整理領域的最新科研成果，緊跟領域科學發展趨勢、知識及教學前景，積極探討和謀劃本學科發展規律和走向，從而建立和細化新的學科方向，推進我國在二維材料光學、光電子學、微電子學及相關交叉學科的發展和建設。一支由優青（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、交叉學科背景的科研梯隊正在組建并初具規模。

“要有眼界和胸懷”，多年在外的經歷和感悟，讓于霆深知要推進中國的芯片產業發展，絕不是關起門來閉門造車，而是要攜世界之手共同進步。他希望積極參與到相關學科領域中國學術期刊的創立、建設和發展中，為發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外學術會議，擴大我國自主研發成果科研影響力。他本人已和多位諾獎得主、國內外院士團隊建立長期、活躍的合作，今后將繼續加強、發展同國內、國際前沿科研團隊的合作關系。團隊計劃每年派遣團隊內青年教師成員和優秀碩博研究生進入這些先進研究團隊進行合作研究和聯合培養，以期產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，他正帶領團隊延續和加深在低維度信息材料基礎特性領域前沿研究，加速拓展其在光學、光電子和微電子等信息領域交叉應用研究。團隊計劃瞄準高質量晶圓級二維半導體制備，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氣相沉積（MOCVD）等技術，同時開發無損、潔凈轉移技術，從而最大限度地抑制缺陷形成及提高載流子遷移率;發展高出光效率發光器件結構和高品質因子光學微腔制備技術，實現高效耦合發光器件;通過界面耦合分析，探究多層高質量二極管及激光器的最優集成結構和電光驅動架構，提出多層高階異質結制備參數工藝流程，實現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。

盡管任務繁重，但內心強烈的責任感和使命感驅使著于霆不斷前進。“之所以光通信成為所有網絡構成技術中降價最慢的領域，光器件是瓶頸，而光芯片是瓶頸中的瓶頸。”于霆說，在傳輸系統、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%，而二維材料的出現給突破光器件的瓶頸帶來了希望。“借助武漢大學這個強有力的平臺，我將帶領團隊延續和加深在低維度信息材料基礎特性領域的前沿研究，并不斷加速拓展其在光學、光電子和微電子等信息領域的交叉應用。我相信，一個‘光聯萬物’時代終將到來！”