2017年10月23日
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王广厚院士:一粒一世界执念白首钻坚仰高

【编者按】
学为人师,行为世范。中国科学院院士、中国工程院院士是我国科技界的最高学术荣誉。“院士”用他们独特的生命历程和执着探索精神诠释了伟大和崇高。
《仰止——记者眼中的智者风骨》系列报道,将聚焦100 名江苏籍和驻江苏的两院院士,在介绍他们学术贡献的同时,着力再现他们的人格魅力,用充满真性情的生动故事,展现智者风骨、大师情怀,力求揭示他们非凡的科学人生给予我们的深刻感悟。

初春,日光倾城,金陵梅花一片香雪海。南京大学唐仲英楼前的那条金银街,静谧幽深,墙头上一丛丛梅花探出头来,开得甚是热烈,芳香氤氲。王广厚院士如约而来,由远及近,脚步轻盈,卡其色的上衣,清冽儒雅,一头干净利落的银发,面容祥和,和着宜人春光,推门而入。

飘摇若翅轻 独自暗中明

困境读书梦想要做科学家

白灰色的唐仲英科学楼里,王广厚院士的办公室格外温馨。阳光透过窗户照射进来,温暖了整个房间。环顾四周,门口拐角处,沙发茶几、办公桌椅上,整齐地堆摞着一沓沓杂志,毫无例外都是“量子信息”“物理学报”等学术期刊。

“这是我孙女啊,拍照时才两个星期,现在已经长得很大喽。”办公室书橱里几幅放大的儿童写真,第一时间吸引了记者的注意,萌娃憨态可掬的模样实在让人忍俊不禁。目光迁越,萌娃照的旁边,一张王广厚院士和杨振宁先生的合影,惹人注目。彼时,王院士意气风发,杨振宁先生也是满头浓密黑发。

“很多年后,我才知道杨振宁和我是老乡,都是安徽人。”其实,他们不仅是老乡,表面上看,他们的研究似乎都与“粒子”有关,但属于物质结构的不同层次。对王院士而言,能与物理结缘,或许缘于童年家乡河畔的那些草木流萤。

王广厚院士1939 年出生于安徽省合肥市三河镇,自小家中贫困。“我确实是个来自农村的穷小子。”王院士用他爽朗、轻快的语调对记者说,虽然家里困难,但祖父说就是要饭,也要让家里的孩子识字。作为家里长子,自己很幸运得到了读书的机会,不想,囊中羞涩,开学了却迟迟拿不出三斗米学费。

机会垂爱准备之人,早年的一次际遇,现在讲起来充满了“魔幻”色彩。

“家乡的田野,小河小溪很多,一到仲夏晚上,就有漫天的萤火虫飞舞,当时我就喜欢在河边或田间捉萤火虫玩,也是想搞明白它们为什么会发光。”当身材瘦小的王广厚在田边捕捉萤火虫时,他的身影也被路过的小学校长捕捉到了,并引起了他的注意。校长知道王广厚因为家贫交不起学费时,当场就许诺,只要每学期考到年级第一名,就免去他三斗米的学费。那时的王广厚真是欣喜若狂。

“小时候还不知道科学到底是什么,但我从小就对自然万物感兴趣,喜欢摸索,所以,当语文老师布置作文时,我就稀里糊涂地写——将来想成为科学家。”没想到,许多年后,“梦想”成真,王广厚从合肥二中毕业后,顺利考入北京师范大学物理系,开启了自己科学研究的历程。

岂惟虑收获 偏爱尽此生
英语培训生写就百万字物理著作

“现在还有许多老同事戏说我是英语专业走出的物理院士。”回忆往事,王广厚光洁的脸上再次泛起笑意。1963 年,王广厚从北京师范大学物理系毕业之际,意外接到通知,他要作为援外教师到南京大学外文系接受三年的英语培训。因缘际会,1968 年被分配到南京大学物理系后,王广厚从此就在金陵城扎了根。

王广厚很快被分到了南京大学核物理教研组工作,从事核技术研究,而这也正是他的兴趣所在。“当时很多研究要自己动手,我是从设计和制作伽马射线探测器的前置放大器开始的。还编写计算程序,那时候编写计算程序要靠穿纸带打孔,往往错了一点就得从头开始。”王院士告诉记者,当时整个南京市只有江北的化工厂有台计算机,于是他每天都要早起,伴着晨光,睡意蒙眬,从鼓楼坐公共汽车,再乘船过江借用计算机调试程序、进行计算,很多时候,一个来回就是一整天。

1980 年,一直从事核物理研究的王广厚院士迎来了学术研究转折点。当时他获得了去美国留学的机会,怀揣着2 美元,赴纽约州立大学奥尔巴尼分校做访问学者,接触到了用加速器的粒子束开展物质结构和改性的科学研究。

“粒子与固体相互作用的研究力量很强,是一门新型交叉学科,与大规模集成电路(即现在通常说的电脑和手机的“存储器”或“芯片”)的开发和应用研究直接相关。国外发展很快,当时国内连文献都看不到。”惊风飘白日,光景西驰流,心急如焚同时又如饥似渴的王广厚抓紧一切时间学习,收集和阅读文献,就像一块海绵,在美国进行各种实验,并尽可能多地接触该领域的前沿课题。

1982 年8 月回国后,王广厚就立即为研究生开出了一门“粒子同固体相互作用物理学”的课程。可是,课程开了,他却发现当时国内外竟然没有合适的教材或专著。“何不自己写一本呢,于是我收集整理大量文献资料,博采各家所长,尽力融会贯通,试图将该领域的基本理论、实验方法和在科学技术中的应用结合起来,并加上领域最新发展方向和最活跃的前沿研究,连贯地加以阐述。”

灯半昏,月半明,夜已阑。“那时白天要上课、搞科研,只能每天晚上8 点到下半夜2 点写作。一年到头,假期也不例外,坚持了三年,确实很辛苦,但还是坚持下来了。”就这样坐了三年“冷板凳”后,王广厚完成了近百万字的两卷本专著《粒子同固体相互作用物理学》。对他而言,如果没有对研究领域的充足兴趣,确实很难坚持下来。后来应上海科技术出版社之约,王广厚又撰写了60 万字的《团簇物理学》,这些都成了相关领域的经典之作。

说至此,王广厚起身执意要找一本《粒子同固体相互作用物理学》给记者看看,当这本有着暗红封面的厚重书籍放在记者手中时,记者分明感受到了经由时间和知识沉淀的重量。

峰险景无限 有志方可达
“团簇”院士操刀推新科研设备

“明察秋毫算何等能耐一粒沙中有几千世界,从头做起是吾人功夫半间屋内辨无量粒子。”眼前这位银发老者,至今能脱口而出22 年前实验室门上的对联。36 个字,既概括了王广厚院士的一生所学,也道出了他与众不同的科研道路。1986 年,法国学者的一篇介绍用质谱研究溅射产生团簇的文章,启发了王广厚,也让他的团簇同位素实验做得如火如荼。

当时南京大学物理系主任龚昌德先生有一回和王广厚说:“广厚啊,你这样单纯做质谱实验,这些团簇一飞就过去了,这还不够,要想办法把它们抓住,做进一步分析。”一语点醒梦中人。“要想在这个领域里坚持研究下去,就必须自己动手研制实验设备。”

很幸运,王广厚院士团队获得了国家自然科学基金的资助,开始自己动手做实验设备。“我们立即花三万多元购买了当时物理系最好的电子计算机,用来做团簇的理论研究,还购买了一台小型多功能加工机床。”王广厚告诉记者:“当时我们还没有专门的实验室,于是就在声学楼会议室的一个隔间、几平方米的小房间里工作。”

在这个“蜗居型”的实验室里,王广厚和他的学生自己动手,改造了一台废旧的元素蒸发台,自制了南京大学首台扫描隧道显微镜,用于探究尺寸比一粒沙子百万分之一还要小的原子团簇的样子。虽然条件艰苦,他们却怡然自得,以苦为乐,为此还专门写了上文所提的对联,以此勉励。

有一次,原子核物理及高能物理学家唐孝威院士到南京大学参加固体微结构物理国家重点实验室学术委员会会议,路过这个小小的实验室,很是好奇,于是轻轻地敲了门。“来者何人,请自报家门!”实验室的同事们不知“大咖”光顾,高声喊道,等打开门一看,竟是大名鼎鼎的唐院士,不禁脸红了起来。唐孝威看到此种情形,,被他们的科研精神所感动,并重点资助了王广厚团队14 万元的经费。

为了节省开支,团队直接把这笔经费投到沈阳的一个工厂,以便加工自己设计的团簇设备。“我们也去工厂,与工人师傅一起边加工、边修改设计图纸。花了两年的时间,我们制作出了真正意义上的第一代团簇设备。”王广厚团队给他们的“宝贝”取名为:低能团簇束流淀积装置(LECBD)。团簇设备做了出来,不过,这个庞然大物的实验设备该放哪?这着实让王广厚头疼。讲至此,王广厚笑声更加清亮,他告诉记者,这个设备后来就安装在科技馆四楼的一个由洗手间改造出来的房间里。“其实,楼上楼下还都是洗手间。”“在这个房间里做实验,难道不会有异味啊?”记者好奇地问道,“当然有啦,不只是臭味,还掺和着机器的味道,夏天还有汗味呢……”说到激动之处,王院士摇晃起手中的笔,似往昔岁月就在眼前。

此后,王广厚团队用这台设备做了不少研究,同时在国际著名杂志上发表了有意义的研究结果。使他们成为国际上最早开展支撑团簇和团簇组装纳米结构研究的单位之一。讲至此,王院士还和记者聊起了一段小趣事。1995 年暑期的一天,天气炎热,实验室还未装空调,王院士就穿着短裤和T 恤衫汗流浃背地在实验室工作,这时候,美国《科学》杂志的一位女记者突然上门采访,“当时我真有点尴尬。怪他们也不提前打个招呼,但她不以为然,表示我们在自己研制的仪器设备上开展科学研究并取得了成果,是值得称赞的。当时同行的摄影记者还抓拍了一张我介绍设备的照片。”

后来,这位女记者在《科学》杂志上撰写文章进行了报道。一时间,王院士成了轰动科学界的“名人”。同年,杨振宁先生到微结构实验室时也参观了这台设备。紧接着,王广厚院士带着自己的团队,在1998 年设计制造了第二代团簇设备,并于2004 年到2006 年,又制造出第三代设备。王院士带记者在唐仲英楼的实验室里参观这些设备,打开实验门的刹那,就像开启了王院士心中珍藏的宝藏,其中每个零部件都被他视若珍宝。

精神经百炼 山高犹可攀
砥砺前行心系莘莘学子

王广厚院士的家离南京大学不远,老伴不在家的时候,他常常一个人到学校的食堂吃饭。时光荏苒,如今的南大校园,越来越多年轻人走上了科研一线,围绕做研究、发论文,每个人总有道不尽的热情,也滋生各自的烦恼。

“我常常在食堂听到学生们讨论,最近投了几篇论文到国际杂志,很遗憾又没有发出去。”做了一生科研,写了一辈子论文,王广厚院士对科研和发论文有自己的感悟。“做研究,首先看心态,心浮气躁、急功近利是不行的。其次要坚持,有韧性,脚踏实地,诚信待人,建立一个和谐合作的团队。”王广厚院士说,有时候,实验结果可能不一样,不要紧,与别人的结果不符合,没关系,“但最重要的是数据不要造假,要宽容失败,要创造允许充分发表不同意见的研究氛围。”

在王广厚院士看来,实验结果不理想的原因可能有很多,但绕过问题终归是不行的。“是不是实验本身有问题啊,是不是真空度不够,是不是前面做实验的人留下了杂质等。一旦找到原因,是实验当中的问题就去改进,或者重做;如果不是实验的问题,那就要找出为什么会出现这样的结果,要去分析研究。”

从开始做实验到最终出成果,然后总结形成论文发表,整个过程就像静候花开,多一分焦躁会枯,少一分耐心会涝。王广厚院士回忆起他们第一次观察到硅团簇相关实验时的情形,“一开始我们并不相信,别人都没有观察到这些实验现象,只有我们观察到了,但实验结果摆在面前,这不可否认。”这时,有人兴奋地提议可以发表文章,但王院士坚持一定要自己先搞清楚原因再发表。

这位性格爽朗的“大家”对论文发表有着自己的“执念”。“有时候一篇文章,反复很多次是正常的,拖了一两年没出来都有可能,但只要实验数据是可靠的,我们就不怕,有些东西在当时不能够解释,过一段时间就有可能想通了。”

当前高校科研院所都重视在高影响因子的杂志上发表文章,这无可厚非,但也不要过分追求。王院士解释说,很多属于原创性的研究结果,最初要么是不完善,要么因为与传统观念不同而不易被大家认可,难以在高影响因子的杂志上发出来。

“比如提出纳米晶概念的德国学者Gleiter 的第一篇文章发表在《日本应用物理杂志》(JJAP)上,那是他在日本作报告时发表的。虽然这本杂志名不见经传,但其后几乎所有做纳米晶的人都会引用这篇文章。还有,2015 年和2016 诺贝尔物理奖获得者所做的原创性工作都不是发表在高影响因子的杂志上。”因此,一个杂志的影响因子并不能完全决定一项研究工作是不是具有真正意义,起决定因素的恰恰是研究本身科学意义和应用价值。所以做科研不能急功近利、投机取巧、人云亦云。

研究本身是否具有原创性,是否有创新精神,这点尤为重要。“不能老跟在别人后面走,老是跟在别人后面你就不可能创新了。”王院士感慨地说,语速明显加快。上世纪80年代中期在团簇研究中发现了C60,上世纪90 年代初它成为热门的研究方向,当时也有人提议王院士关注C60 的发展,但他还是“固执”地沿着自己的道路去摸索。

也正是因为这份对专业研究的“固执”,王广厚被选为“小颗粒与无机团簇国际会议委员会委员”。2004 年,由王广厚牵头,第十二届小颗粒与无机团簇国际会议在南京召开。这是该系列会议第一次在发展中国家召开,并得到世界专家们的一致好评。

当记者向他询要照片时,王院士随手从抽屉掏出一个粉色包装盒,轻轻打开一看,正是2004 年那次会议的大合影,那时日光明媚,王院士坐在人群前排中间,眉眼间全是笑意。“2018 年,我们还要在国内举办一场团簇国际会议,这还是从美国人手里‘抢’来的呢,这次就交给年轻人来办了。”

王广厚说。兴趣是一种甜蜜的牵引,让人砥砺前行,科学研究既要求新求变,又要脚踏实地,王院士正是这样的一个人。爱因斯坦说过:“只要我们能够认识到我们的局限,我们就能超越它。”做人亦如做学问,用兴趣去探索未知的存在,用人生的脚步丈量世界的尺度,只要脚踏实地去钻研,总能有各自的收获。

【院士介绍】

王广厚,1939 年11 月生于安徽省合肥市三河镇,原子分子与团簇物理学家。中国科学院院士、南京大学物理学院和固体微结构物理国家实验室教授,博士研究生导师。长期从事物理学交叉学科领域的研究和教学工作,在国内率先开展原子团簇物理的实验和理论研究并取得了一系列成果;带领研究组自行设计、研制成功三代团簇实验装置并获得多项专利;曾获国家自然科学奖二等奖、国家教育部科技进步奖一等奖等。

王广厚在国际上首先提出区分异同位素团簇和相同同位素团簇,证明团簇的形成与构成簇的同位素性质有关。观察到硅团簇表面振动模及其量子特性,氟化锂团簇一阶拉曼散射和声子增强效应;发现包裹团簇的纳米喷射,金团簇在硅晶表面形成密堆层状排布和局域有序纳米结构,具有多道共振隧穿特性;建立了过渡金属团簇经历金属—非金属、磁性—非磁性转变的尺寸方程,被国际学术界广泛采用;揭示了金属原子线的生长序列及其由原子链状经螺旋多壳结构向晶态的演变规律,并以团簇为基元制备了各种具有奇异性质的纳米结构和纳米器件。这些结果无论对低维体系的基础研究还是未来超微器件的应用开发均有重要意义。