90后女孩趙保丹的生活里有兩個(gè)世界。
一個(gè)是現實(shí)的物理世界,她的身份是浙江大學(xué)光電科學(xué)與工程學(xué)院的一名青年教師,梳著(zhù)利落的短發(fā),生活里喜歡很少女的藍色和粉色、喜歡追劇和胡歌,“方向感不太好,分不清東南西北”,但是能和跟她幾乎同齡的博士生們“打成一片”。
另一個(gè)世界由手套箱、蒸鍍儀、器件表征設備、X射線(xiàn)衍射儀、掃描電子顯微鏡、熒光光譜儀、超快激光光譜儀等構成,借助這些普通人難以想象和理解的精密儀器,趙保丹可以走向充滿(mǎn)鈣鈦礦晶體的微觀(guān)物理世界。在那里,她的思維和創(chuàng )意以一片片晶體為原點(diǎn),向外發(fā)散、延展,直至科學(xué)探索的邊界。
在前一個(gè)世界,她是閃閃發(fā)光的元氣女孩,談起“理想型”會(huì )害羞。在后一個(gè)世界,她是暗夜前行的睿智學(xué)者,2020達摩院青橙獎唯一的女性得主。在“30而已”的年紀,少女與硬核,毫不費力地共存著(zhù)。
1
站在杭州湖畔大學(xué)的會(huì )議室里,趙保丹講起鈣鈦礦帶給她的科研故事。
雖然今年剛滿(mǎn)29歲,趙保丹已經(jīng)有一張非常漂亮的科研成績(jì)單。她參與撰寫(xiě)過(guò)20余篇SCI論文、在《自然》《科學(xué)》《細胞》系列等世界級科學(xué)期刊上共同發(fā)表7篇論文;她突破了“鈣鈦礦LED效率”的世界紀錄,還在2019年獲得《麻省理工科技評論》中國區“35歲以下科技創(chuàng )新35人”的稱(chēng)號。
趙保丹和鈣鈦礦的緣分要從2014年開(kāi)始。那年,她在南京大學(xué)物理系讀完本科,申請到了劍橋大學(xué)的博士修讀機會(huì ),加入卡文迪許實(shí)驗室,導師是世界知名光電物理學(xué)教授Richard Friend院士。
很多申請這個(gè)研究院的學(xué)生都有碩士經(jīng)歷,趙保丹是個(gè)本科生,年紀就比同級入學(xué)讀博的同學(xué)們小一點(diǎn),而且,本科階段更重理論而非實(shí)驗,僅僅在實(shí)驗室做過(guò)一年的研究助理,課余時(shí)間參與過(guò)一些科學(xué)研究,但都比較淺顯。
對于搞研究這件事,用她自己的話(huà)形容,“完全是一個(gè)萌新”。
那時(shí),趙保丹還不知道在光電物理領(lǐng)域,一場(chǎng)新材料的變革已經(jīng)悄然興起。
2009年,日本科學(xué)家宮坂力團隊首次將鈣鈦礦材料用于染料敏化太陽(yáng)能電池中,作為吸光材料,獲得3.8%的光電轉化效率。這意味著(zhù)早在1839年就被發(fā)現卻一直難以獲得穩定光電轉化效率的鈣鈦礦有了應用的可能性。之后,鈣鈦礦電池成為國內外頂尖高校物理實(shí)驗室的研究目標,還入選美國《科學(xué)》2013年十大科學(xué)突破獎。也為能源、環(huán)保和材料等領(lǐng)域的科研人員提供新的研究方向。
2014年,趙保丹所在實(shí)驗室的師兄師姐組成的一支課題小組發(fā)表了第一篇鈣鈦礦發(fā)光二極管的論文,在世界范圍內獲得了關(guān)注。也是因為這件事,趙保丹注意到了鈣鈦礦。
作為一種新材料,鈣鈦礦雖然發(fā)光特性表現得優(yōu)異,但真的要投產(chǎn)使用的話(huà),還有很多有待開(kāi)發(fā)和完善的空間。首先,它不夠穩定,最初在實(shí)驗室中,鈣鈦礦LED的發(fā)光時(shí)長(cháng)經(jīng)常不超過(guò)十秒,如果要實(shí)現應用,這個(gè)穩定性還遠遠不夠。另外,鈣鈦礦中還存在有毒物質(zhì),鉛,必須通過(guò)一定的化學(xué)物理手段降低這種材料的毒性,才能讓它得到廣泛的應用。
對于大部分卡文迪許實(shí)驗室的研究員們來(lái)說(shuō),鈣鈦礦都是一個(gè)幾乎全新的、陌生的領(lǐng)域,雖然有很多還未開(kāi)發(fā)的空間,但“大家對新的課題和方向還是持有懷疑態(tài)度”。趙保丹有股初生牛犢的氣勢,她是一個(gè)科研新手,理論上大部分課題對她來(lái)說(shuō)都是“新”的。
她決定加入這個(gè)課題小組,投入鈣鈦礦發(fā)光的研究。
2
那是一個(gè)遠比她想象得更豐富的世界。
181年前,德國化學(xué)家古斯塔夫·羅斯在俄羅斯烏拉爾山探險時(shí),發(fā)現了天然礦物鈦酸鈣,這是人類(lèi)首次發(fā)現的第一種鈣鈦礦。趙保丹說(shuō),雖然鈣鈦礦名字叫“礦”,實(shí)際上是一類(lèi)晶體結構的總稱(chēng),學(xué)術(shù)界將滿(mǎn)足ABX3化學(xué)式結構的、與鈦酸鈣擁有相同晶體結構的物質(zhì)都叫做鈣鈦礦。
在這個(gè)結構式里,A、B、X都可以自由替換,不僅可以是單一離子,還可以是某種有機基團,也就是說(shuō),符合這個(gè)條件的材料種類(lèi)是無(wú)窮無(wú)盡的,對于科研人員來(lái)說(shuō),鈣鈦礦的豐富性也構成了科研的豐富性。
在熒光顯微鏡下,趙保丹制作出來(lái)的鈣鈦礦晶體可以發(fā)出各種各樣的顏色,彩虹色色帶上的每一個(gè)顏色她都見(jiàn)過(guò)。
她經(jīng)常會(huì )想到和Richard Friend院士第一次開(kāi)會(huì )時(shí),導師告訴她的話(huà):“你要多和別人聊天,找到你真正感興趣的事情,劍橋會(huì )給你時(shí)間、給你自由讓你去做你想做的研究。博士學(xué)位是屬于你自己的,你要對你自己的學(xué)位負責?!?/p>
在英國讀博的四年,她把大部分時(shí)間都貢獻給了實(shí)驗室,每天除了吃飯睡覺(jué),她都泡在實(shí)驗室里搞科研,是整個(gè)實(shí)驗室100多個(gè)成員里最勤奮的幾個(gè)人之一。
部分光學(xué)實(shí)驗對光的敏感度比較高,科研人員們更傾向于在晚上做實(shí)驗,夜晚也更安靜,讓人能更沉下心來(lái)思考。趕項目的時(shí)候,趙保丹除了看文獻,還曾經(jīng)連著(zhù)四五天在實(shí)驗室里通宵。
剛到劍橋的時(shí)候,趙保丹還是一個(gè)看上去比較弱小的中國女孩,她沒(méi)有科研經(jīng)歷,語(yǔ)言上還存在一些障礙,不僅是導師,可能很多人都一度對她沒(méi)有特別高的期望。趙保丹的一位師姐曾經(jīng)特別擔心她在實(shí)驗室的狀態(tài),“看上去什么都不會(huì ),什么都不懂,怎么適應國外的學(xué)術(shù)生活?”
但她自己倒是神經(jīng)大條。和科研萌新合作會(huì )比較辛苦,有的人不是那么愿意和沒(méi)經(jīng)驗的博士生一起合作,遇到困難時(shí),趙保丹也總是敢于表達,因此也能得到別人的幫助。在自己的摸索中,趙保丹漸漸找到了科學(xué)研究的門(mén)路。入學(xué)半年后,師姐過(guò)來(lái)探望她,驚訝于她突飛猛進(jìn)的成長(cháng)。
趙保丹在鈣鈦礦領(lǐng)域的第一個(gè)代表作,產(chǎn)生于劍橋。她利用鈣鈦礦和聚合物的異質(zhì)結構,幾乎完全抑制了材料本體和器件界面上的非輻射損失,實(shí)現了接近100%的內量子效率。這篇論文撰寫(xiě)完成后,作為封面論文發(fā)表在《自然·光子學(xué)》上。
整個(gè)研究花了一年半時(shí)間,在讀博的第三年,終于問(wèn)世了。最初看到這些研究數據時(shí),Richard Friend院士表現得非常吃驚,“有一瞬間他可能甚至不相信是我做的”,趙保丹說(shuō),“他應該覺(jué)得很意外”。
3
采訪(fǎng)的過(guò)程中,只要聊到科研的話(huà)題,趙保丹都表現得極其樂(lè )觀(guān)。那些讓很多博士生痛苦的論文、畢業(yè)、答辯、就業(yè)煩惱,好像統統都和她是絕緣的。
倒不是說(shuō),她的項目每一個(gè)都順風(fēng)順水。實(shí)驗做不出來(lái),效率怎么都提不上去,想了很多辦法依然沒(méi)頭緒的日子也有很多,經(jīng)歷的困難要是真的數也確實(shí)很難數清楚,可這些并沒(méi)有干擾到趙保丹的心態(tài)。
“搞科研就是很快樂(lè )?!闭f(shuō)起這個(gè)結論時(shí),趙保丹的語(yǔ)氣會(huì )讓你相信她是真誠地熱愛(ài)科研。
趙保丹是江蘇人,從小理工科就非常好,喜歡鉆研問(wèn)題。讀高中的時(shí)候,她的數理化成績(jì)一直名列前茅。一開(kāi)始,她最喜歡化學(xué),因為“化學(xué)給人感覺(jué)很豐富”。到了高三的時(shí)候,做題做得多了,她發(fā)現化學(xué)考試好像更看重細節,“經(jīng)常給你挖個(gè)坑,比如說(shuō),寫(xiě)某個(gè)材料的化學(xué)式/結構式,一定要看準題目才能做對,規則比較復雜”。
但物理卻給她完全另一種感覺(jué),不僅題目本身是簡(jiǎn)潔的,解題到最后,大部分看似復雜的問(wèn)題都可以指向牛頓三大定律這樣的原理。那種感覺(jué)形容起來(lái)的話(huà),趙保丹做了一個(gè)類(lèi)比,“就像背古詩(shī),背一首、兩首,后面還有很多。但是物理是,你學(xué)得越多,最終統一到很少的幾個(gè)公式,反而變得越少?!彼f(shuō),“這是很美的一件事”。
發(fā)現了這個(gè)“奧妙”之后,她物理題做得就越來(lái)越快,準確度也非常高。幾乎是在那一刻,趙保丹就決定了大學(xué)就選擇了物理方向。
在研究風(fēng)格上,趙保丹也是比較務(wù)實(shí)的那一派。南大的物理系就比較注重理論和實(shí)踐的結合。而博士生導師Richard Friend院士更是一個(gè)把基礎研究和實(shí)際應用都做得非常好的科學(xué)家,他不僅有學(xué)術(shù)水平超一流的論文與發(fā)明,影響了整個(gè)學(xué)術(shù)界,而且還推動(dòng)把聚合物光電子器件用于實(shí)際應用,推動(dòng)了產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。
博導是趙保丹最敬佩的科學(xué)家。
回國后,趙保丹加入了浙江大學(xué),成為一名年輕的博士生導師。她想延續自己老師的風(fēng)格,不給學(xué)生設限,讓每個(gè)人保持對科學(xué)的好奇心和創(chuàng )造性。在趙保丹看來(lái),科學(xué)是需要創(chuàng )造力的,就像藝術(shù)一樣?!翱茖W(xué)也需要靈感,需要傾注心血去反復打磨,最終獲得一個(gè)完美的作品?!壁w保丹說(shuō)。
成為博導是一個(gè)新的挑戰,她不僅要指導學(xué)生,還要管理實(shí)驗室,這些構成一個(gè)更復雜的系統,需要她在其中組織和協(xié)調。以前,她有很多時(shí)間自己去做實(shí)驗,現在幾乎不能親自泡在實(shí)驗室了。但她的科學(xué)夢(mèng)想一直還在。
4
8月,趙保丹參加了一場(chǎng)由阿里巴巴達摩院主辦的學(xué)術(shù)答辯會(huì )。9月9日,達摩院對外公布2020年“青橙獎”評選結果——本年度最具科研潛力的10位中國青年科學(xué)家。其中唯一的女性就是趙保丹。
青橙獎是達摩院在2018年設立的公益性學(xué)術(shù)評選,目的是選拔和支持35歲及以下的優(yōu)秀的中國青年科學(xué)家。在科研這個(gè)注定只有少數“天選之子”才可踏足的深幽領(lǐng)地,青橙獎名單透露出中國青年學(xué)術(shù)圈令人望而生畏的金字塔光芒——10位選手,平均年紀31.9歲,“人均履歷”是教授、副教授、研究員,“人均成就”是普通人讀不懂的頂級論文、重大突破和世界紀錄。
趙保丹在鈣鈦礦領(lǐng)域的研究,讓她在20位候選者中脫穎而出。她答辯的時(shí)候,候場(chǎng)的選手們屏息聆聽(tīng),目露欽佩之意。答辯結束,她覺(jué)得與評委們相談甚歡,自己給自己鼓勁:“可可愛(ài)愛(ài)丹丹子沖鴨!”
在這個(gè)看似嚴肅的場(chǎng)合,她也并不掩飾自己的天性,并不擔心她的“少女態(tài)”會(huì )觸發(fā)什么不利于她的社會(huì )成見(jiàn)??茖W(xué)家是用專(zhuān)業(yè)說(shuō)話(huà)的。趙保丹用一個(gè)科研版的“女性力量”故事,打破了很多人對科學(xué)家的刻板印象。
事實(shí)上,出現在青橙獎名單上的新一代中國科學(xué)家,都表現出了某種消解成見(jiàn)的“破壁”特性??茖W(xué)家不一定兩耳不聞窗外事,山東大學(xué)教授聶禮強要求他的博士生“做社會(huì )需要的人”,會(huì )開(kāi)車(chē)、會(huì )做飯、會(huì )戀愛(ài),博士畢業(yè)之前跑完半馬;研究工業(yè)控制軟件的清華大學(xué)副教授姜宇,曾經(jīng)也是認真追劇的“宅宅”,劇目名單上有《捧日之月》、《來(lái)自星星的你》、《藍色生死戀》;北大楊詩(shī)武曾是湖北黃岡著(zhù)名的奧數金牌得主,并且成長(cháng)為了世人想象中的數學(xué)家,當他投身深不見(jiàn)底的宇宙和黑洞研究之時(shí),仍然不忘為普天下的“天才”說(shuō)話(huà):不是每個(gè)天才都有義務(wù)走科研道路,人最重要的是按自己的而非別人的意愿生活。
達摩院給了每位獲獎?wù)?00萬(wàn)獎金,阿里承諾對他們開(kāi)放所有科研資源。達摩院院長(cháng)張建鋒說(shuō),達摩院支持青年科研人才不求回報。100萬(wàn)獎金不一定要投用在科研項目上,想怎么怎么花,科學(xué)家們甚至可以拿來(lái)買(mǎi)房、付首付、改善生活。
這也是在打破長(cháng)久以來(lái)的社會(huì )偏見(jiàn):做科研的人一定要清苦、要奉獻、要犧牲自我。達摩院說(shuō),不是這樣的,人是一切的基礎,作為人的科學(xué)家才是社會(huì )創(chuàng )新的源動(dòng)力所在。支持科學(xué)家的自我發(fā)展,就是支持科研。
對于趙保丹來(lái)說(shuō),這筆獎金意味著(zhù),她在很長(cháng)一段時(shí)間里,不需要為了增加收入而去做自己不喜歡的研究。
在科研的世界里,你做的妥協(xié)越少,你離夢(mèng)想就越近?,F在,全世界的發(fā)光二極管知識產(chǎn)權大多被美國、歐洲、日本和韓國壟斷,“研究新興的材料其實(shí)也是為了打破這些壟斷,在這個(gè)領(lǐng)域中占據知識產(chǎn)權的優(yōu)勢?!壁w保丹說(shuō)。
鈣鈦礦的世界還有很多未知等待她去探索。她堅持不懈做好自己,就是做好科研。
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