迎接“光聯(lián)萬物”新時(shí)代
——記武漢大學(xué)物理科學(xué)與技術(shù)學(xué)院教授于霆

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(jí)增長(zhǎng)。在數(shù)據(jù)量需求的推動(dòng)下，數(shù)據(jù)中心建設(shè)、5G建設(shè)等推動(dòng)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(jià)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(chǎng)份額依然被國際大型光通信芯片企業(yè)所把持，如何實(shí)現(xiàn)核心光芯片自產(chǎn)自供，擺脫對(duì)外依賴，成為我國光量子通信行業(yè)真正做大做強(qiáng)的關(guān)鍵。

“芯”之所向，行之所至。當(dāng)國家推動(dòng)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(duì)他來說，回國是遲早的事兒。在這個(gè)鼓點(diǎn)上達(dá)成夙愿，可謂是天時(shí)地利人和。

東湖之濱，珞珈山上，櫻花綻放，這是于霆夢(mèng)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(yàn)，他帶領(lǐng)團(tuán)隊(duì)以二維材料為切入點(diǎn)，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(jì)算、量子信息等關(guān)鍵性領(lǐng)域的發(fā)展。

“做學(xué)問必須合乎自己的愛好，方可得益”

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(huì)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?jī)?nèi)容則屬于應(yīng)用物理領(lǐng)域。當(dāng)被問及為何選擇這個(gè)方向時(shí)，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(shí)，于霆就對(duì)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(shí)能感受勢(shì)能，在游泳時(shí)則思考反作用力，在籃球場(chǎng)上還可以練習(xí)拋物運(yùn)動(dòng)……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(jìn)。1994年，他憑借優(yōu)異的成績(jī)被直接保送到吉林大學(xué)首屆物理基地班學(xué)習(xí)。“上大學(xué)后，學(xué)校會(huì)對(duì)物理學(xué)科進(jìn)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(shí)到我更愿意動(dòng)手嘗試，把物理知識(shí)運(yùn)用到實(shí)際生活中。”于霆說。當(dāng)時(shí)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(jī)會(huì)。“做出這個(gè)決定，并不是我一時(shí)的頭腦發(fā)熱，而是深思熟慮的結(jié)果。”于霆解釋道，大二時(shí)，他們學(xué)了一門實(shí)踐性很強(qiáng)的課程——“電子線路”。同學(xué)們都認(rèn)為電子線路設(shè)計(jì)非常困難，但他卻學(xué)得很快，還經(jīng)常到實(shí)驗(yàn)室動(dòng)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(jiān)定了學(xué)習(xí)應(yīng)用物理的決心。

于霆（右二，會(huì)議執(zhí)行主席）在首屆絲綢之路國際二維會(huì)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(shí)我在本科時(shí)，對(duì)出國留學(xué)沒什么概念。但當(dāng)時(shí)很多同學(xué)都熱衷于此，甚至在大一大二時(shí)就著手準(zhǔn)備。我的一位大學(xué)室友對(duì)新加坡國立大學(xué)一直情有獨(dú)鐘，看我一直沒有物色國外大學(xué)，就拉著我一起申請(qǐng)了新加坡國立大學(xué)。”就這樣，于霆“稀里糊涂”地填了報(bào)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(jí)研究獎(jiǎng)。在其影響下，于霆一直堅(jiān)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。“根據(jù)規(guī)定，講師既不能額外申請(qǐng)儀器設(shè)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(gè)小小的加熱臺(tái)，利用實(shí)驗(yàn)室的一些公共設(shè)備去一點(diǎn)一滴地完成科研工作。

“不經(jīng)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(chuàng)新獎(jiǎng)，學(xué)校也將他升級(jí)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(jìn)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(xiàng)重大科研項(xiàng)目，科研經(jīng)費(fèi)累計(jì)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(huì)研究員獎(jiǎng)、杰出青年科學(xué)家、達(dá)沃斯論壇杰出青年科學(xué)家獎(jiǎng)、新加坡物理學(xué)會(huì)納米技術(shù)獎(jiǎng)等多項(xiàng)榮譽(yù)，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(gè)讓很多身邊人驚訝的決定——回國。只因近幾年他非常強(qiáng)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(shí)到，中國自行設(shè)計(jì)、制造芯片已刻不容緩。市場(chǎng)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(hù)照上的國籍從沒變過。我想著，只要我學(xué)成，時(shí)機(jī)成熟，隨時(shí)都可以回國。”將手里還在進(jìn)行中的科研經(jīng)費(fèi)超千萬的項(xiàng)目以及辛勤耕耘15年、好不容易建好的實(shí)驗(yàn)室一一轉(zhuǎn)交給新加坡的老師后，于霆帶著他的行囊，踏進(jìn)了武漢大學(xué)的校門。

踏上突破光芯片瓶頸夢(mèng)想征程

“武漢大學(xué)是一個(gè)文化底蘊(yùn)非常深厚的學(xué)校。不論是實(shí)驗(yàn)室建設(shè)、合作渠道還是研究經(jīng)費(fèi)、學(xué)生素質(zhì)等，只要有武漢大學(xué)在，一切就有了保證。”對(duì)自己的新東家，于霆充滿了信任，雖然回國的時(shí)間并不長(zhǎng)，但從實(shí)驗(yàn)室的建設(shè)、團(tuán)隊(duì)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(duì)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(jìn)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(zhǎng)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(jì)、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(duì)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(chǎng)、磁場(chǎng)、層間相互作用等實(shí)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(chǎng)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。”過去數(shù)十年的積累，換來了居于前沿的先進(jìn)技術(shù)和能力、對(duì)趨勢(shì)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(chǎng)芯片之戰(zhàn)創(chuàng)造“絕地反擊”的機(jī)會(huì)。

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(gè)詞很虛，但對(duì)他來說是發(fā)自內(nèi)心的真誠。這是他多年在外，時(shí)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。“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(yǎng)具有大愛、大德、大情懷的社會(huì)主義建設(shè)者和接班人。“培養(yǎng)學(xué)生要將個(gè)人成才與時(shí)代需要緊密結(jié)合。要讓學(xué)生們深刻認(rèn)識(shí)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?cè)谀婢持许频Z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。”結(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(jìn)團(tuán)隊(duì)建設(shè)經(jīng)驗(yàn)和科研創(chuàng)新策略，以及國際化科研創(chuàng)新管理經(jīng)驗(yàn)和鼓勵(lì)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(gè)人走得快，一群人走得遠(yuǎn)。于霆深知建設(shè)學(xué)科團(tuán)隊(duì)的重要性。近段時(shí)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(shì)、知識(shí)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(jìn)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(duì)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(jìn)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(jìn)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(qiáng)音貢獻(xiàn)己力。同時(shí)他也計(jì)劃多組織具有影響力的國內(nèi)外學(xué)術(shù)會(huì)議，擴(kuò)大我國自主研發(fā)成果科研影響力。他本人已和多位諾獎(jiǎng)得主、國內(nèi)外院士團(tuán)隊(duì)建立長(zhǎng)期、活躍的合作，今后將繼續(xù)加強(qiáng)、發(fā)展同國內(nèi)、國際前沿科研團(tuán)隊(duì)的合作關(guān)系。團(tuán)隊(duì)計(jì)劃每年派遣團(tuán)隊(duì)內(nèi)青年教師成員和優(yōu)秀碩博研究生進(jìn)入這些先進(jìn)研究團(tuán)隊(duì)進(jìn)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(tuán)隊(duì)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(jiān)之路會(huì)越走越順暢。如今，他正帶領(lǐng)團(tuán)隊(duì)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(tuán)隊(duì)計(jì)劃瞄準(zhǔn)高質(zhì)量晶圓級(jí)二維半導(dǎo)體制備，有針對(duì)性地使用單晶金屬基底上晶疇定向生長(zhǎng)及有機(jī)金屬化學(xué)氣相沉積（MOCVD）等技術(shù)，同時(shí)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(shí)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(dòng)架構(gòu)，提出多層高階異質(zhì)結(jié)制備參數(shù)工藝流程，實(shí)現(xiàn)低維光源器件垂直及片上集成。等待他們的，是一個(gè)又一個(gè)等待突破的難關(guān)。

盡管任務(wù)繁重，但內(nèi)心強(qiáng)烈的責(zé)任感和使命感驅(qū)使著于霆不斷前進(jìn)。“之所以光通信成為所有網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成技術(shù)中降價(jià)最慢的領(lǐng)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(tǒng)、核心路由器、FTTH（PON）、光芯片這些方面，光器件成本占比高達(dá)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。“借助武漢大學(xué)這個(gè)強(qiáng)有力的平臺(tái)，我將帶領(lǐng)團(tuán)隊(duì)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(gè)‘光聯(lián)萬物’時(shí)代終將到來！”