Ad1200

做科研,必须专一和坚持 ——访东京理科大学赵新为教授

2017年1月07日 15:44 来源:

   赵新为,东京理科大学教授,天津大学特聘教授、国家千人计划入选者、全日本中国人博士协会副会长、(日本)燕赵会首届会长。天津大学77级电子工程系半导体物理与器件专业本科毕业,东京大学工学博士。主要研究领域为半导体发光器件、纳米材料和纳米加工、透明性太阳能电池。著有《理工系的物理数学:微分方程式》、《低维半导体物理》、《低维量子器件物理》等10多部学术专著。

  
   记者:据介绍,您是中国国家“千人计划”的入选者。中国在2008年开始实施这项计划,选拔对象为海外高层次人才。据说入选条件非常高,几近苛刻……
   赵:“千人计划”是中国海外高层次人才引进计划简称。应聘“千人计划”的人才,一般条件是在海外取得博士学位,原则上不超过55岁,并符合下列条件之一:在国外著名高校、科研院所担任相当于教授职务的专家学者;在国际知名企业和金融机构担任高级职务的专业技术人才和经营管理人才;拥有自主知识产权或掌握核心技术,具有海外自主创业经验,熟悉相关产业领域和国际规则的创业人才;国家急需紧缺的其它高层次创新创业人才。当然最后还要有接收你的研究单位。
   我的母校是天津大学。天津大学一直想让我回去任教,但由于一些原因至今未能成行,于是学校帮我申请了“千人计划”。我想回到天津大学还能继续研究自己的方向,只是换了个地方。况且被入选后,待遇也非常吸引人。只是我在东京理科大学工作了多年,有责任有不舍的地方。最后确定是到天津大学短期工作,其他时间还是留在东京理科大学。
 
主要研究领域为半导体发光器件、
纳米材料和纳米加工、透明性太阳能电池

 

   记者:您是研究半导体纳米材料的专家。记得很多年前,纳米材料就成为了科学界的宠儿,也成了媒体热衷报道的对象。不过,一般人或者像我这样的人,对纳米材料还是不明不白的。
   赵:纳米材料是指在三维空间中至少有一维处于纳米尺寸(0.1-100 nm)或由它们作为基本单元构成的材料,这大约相当于1~1000个原子紧密排列在一起的尺度。所谓纳米技术,是指在0.1~100纳米的尺度里,研究电子、原子和分子内的运动规律和特性的一项新技术。科学家们在研究物质构成的过程中,发现在纳米尺度下的材料,其体积包含了几十个到几千个可数原子或分子,会显著地表现出许多新的特性,而利用这些特性制造具有特定功能器件的技术,就称为纳米技术。 
   举个例子,日本的科学家研制开发出一种碳纤维,一种含碳量在95%以上的高强度、高模量纤维的新型纤维材料。质量比金属铝轻,但强度却高于钢铁。新一代大型民用客机空客A380和波音787使用了约为50%的碳纤维复合材料。波音787的机身也采用碳纤维,这使飞机飞得更快,油耗更低,同时能增加客舱湿度,让乘客更舒适。碳纤维算是利用了纳米技术,利用了它变细变小的时候出现一种被加强的特性。
这个世界物质原本没有的特性,但是我们又需要,这时候就用纳米技术设计,这就叫纳米科学。目前已经成为一门集前沿性、交叉性和多学科特征的新兴研究领域,我侧重点是对半导体纳米技术的研究。
   21世纪是硅的世界,但我希望纳米材料和硅材料能互融。两者互融了量子计算机的科学瓶颈就不再是瓶颈了。而目前是两种材料之间比较矛盾,互融的程度也不够理想,还有待突破。
 
   记者:量子计算机是不是一种概念,因为现在还没有听说过有真正的量子计算机问世。
   赵:迄今为止,世界上的确没有真正意义上的量子计算机,但它不是一种概念。量子计算机的理论比较完善,可能就差某种材料了。因为现在的硅材料是不太可能实现量子计算的。将来量子计算机肯定以纳米新材料为基础。
   我研究的硅材料如何与纳米材料相融合,也就是在硅的晶片上,能否使用纳米材料,这算一种捷径。因为这比抛弃硅材料单独利用纳米材料,可能要容易很多。
 
 
   记者:据介绍,您还是研究LED和新型太阳能电池方面的专家。我们知道,在1993年,当时中村修二发明了基于宽禁带半导体材料氮化镓和铟氮化稼的具有商业应用价值的蓝光LED,这类LED在1990 年 代后期得到广泛应用。中村修二由此还获得了诺贝尔奖。您侧重于研究LED哪方面?
   赵:发光二极管简称为LED。我们知道砷化镓二极管发红光,磷化镓二极管发绿光,碳化硅二极管发黄光,氮化镓二极管发蓝光。但市场上普遍是一个LED器件,只能发出一种光,而我研究的就是一个LED,能根据需要,发出不同颜色的光来。
   氮化镓材料系列是一种理想的短波长发光器件材料,氮化镓及其合金的带隙覆盖了从红色到紫外的光谱范围。这种半导体能发蓝光,做出来非常难,我觉得这是一种革命。原来我们需要用白炽灯泡,现在变成LED是不同的革命。LED实现白光的话有几种方式,或者是用红绿蓝三色二极管合成白光;另一个制作的白光LED的方法则有点像日光灯,发出近紫外光的LED会被涂上两种磷光体的混合物,一种是发红光和蓝光的铕,另一种是发绿光的,掺杂了硫化锌的铜和铝。但由于紫外线会使黏合剂中的环氧树脂裂化变质,所以生产难度较高,而寿命亦较短。
我研究的不是这种单色光源的LED,是一个LED是能够发不同的光,可以通过电压的不同来调整光的颜色。现在时髦的无水栽培技术,比如种植蔬菜。有些植物需要红光来照射,它在不同的生态环境下需要不同颜色的光源,这样需要更换多个LED,但利用我研究出的LED,就只要一个LED灯就可以实现了。
新型太阳能方面,主要研究纳米材料的太阳能电池,比如透明的太阳能电池。事实上,透明的太阳能电池本身便是矛盾的集合:光伏组件的原理在于将太阳光中的太阳能转化为电能。因此,太阳能电池透明度越高,能源转换效率也将随之越低。我所研究的透明太阳能电池对可见光是透明的,但是对紫外光是不透明的。这样就可以用对人体有害的紫外光来发电,可见光仍然可以被我们利用。这样就可以综合提高太阳光能的利用效率。
   目前研发出的透明的太阳能电池转化率不到1%,而普通太阳板能达到20%多效率。不过,透明太阳性能电池可以和这些既有的电池结合起来,从而充分地利用照射到地球上的太阳光。预计今后这种组合是的太阳能利用装置会得到突破,因为单讲它的市场价值就很大,毕竟它可以节约很多土地和空间。
 
   记者:但现在太阳能电池,是不是有点过剩了?
   赵:过剩的不是太阳能电池,是大家看到的装在房顶上的那种太阳能电池板过剩了。大部分太阳能电池板的主要材料为“硅”,制作成本很大消耗大量电源,不是低能减碳的东西。但是它唯一的好处是生产时是污染环境的,用它的地方是干净的,这其实并不是一件好事。我们要改变这种现象,避免用硅,或者用更少的能源来做硅,那么就考虑到纳米材料。
   透明的太阳能电池可以和既有的太阳能电池结合,也可以制造成具有多层结构的太阳能电池,提高太阳光的转换效率。透明性太阳能电池就是需要纳米技术,在纳米的尺度上设计材料。目前已经做出透明的太阳电池了,只是效率非常低,但大学的研究本身就是基础研究,提出一种可能性。

日本的科研人员,
即使申请不到资金,也不会为生计愁

   记者:中国大学院和日本大学院有什么区别,为什么在日本的教授很容易出成绩,在中国的却很难?
   赵:可能是体制问题,但这不是我们科研人员能解决得了的。任何国家的研究人员都想多出成果,日本主要是自由,研究的环境自由,你干什么没人干涉,更重要是研究人员收入有保障。在中国申请不到科研基金,就可能还得为生计奔波,这个是最大的区别。而且申请到了经费,然后按要求在一定时间内完成任务,再去申请另外的资金,即使新的项目跟自己之前的项目毫无关系。这就会导致大家没有心思去专一做研究,而是想着如何用项目去套取研究费用。
   在日本得了诺贝尔奖大家会觉得很了不起,也就如此而已。不会因为得奖当政府高级干部,学术和政治分得很清,当然竞聘校长或理事长还是可以的。在中国有了成绩,各种政治荣誉就随之而来。一旦进入官场,就很难回头做研究了,毕竟权利带来的各种利益,是寂寞做研究员不能想象的。
   比如韩春雨事件。他在国际学术期刊《自然·生物技术》上发表论文称,发现一种叫NgAgo的酶能够用于编辑哺乳动物基因,它可能比最时兴的CRISPR-Cas9基因编辑技术更精确、更通用。但后来被质疑不断,涉嫌造假。现在学术界普遍认为韩春雨团队在实验过程中出现无意的失误,导致并不真实的实验结果。韩春雨开始可能没有注意到这失误,但后来他被无数的荣誉笼罩,在一片质疑声中,韩春雨当选河北省科协副主席,一个科研上时常会有的判断错误反而得不到应有的纠正。而且在中国,造假的成本太低而利益又太高,所以才有人要冒天下之大不韪。
 
   记者:这样的事情,日本、韩国和美国都出现了,您怎么看待这件事?
   赵:学术界比较轰动的有三大造假事件。韩国克隆专家黄禹锡及6名专家,因涉及干细胞研究造假案,结果是被被首尔国立大学辞退;日本理化学研究所的小保方晴子“万能细胞”学术造假,导致她本人被辞退,上司自杀;一个是美国的扬·舍恩 (Jan Hendrik Schön),几年里发表了高温超导、有机激光等重磅论文,被认为是下一个诺贝尔奖得主。最后他被贝尔实验室辞退,其博士学位亦被收回。
从以上造假事件的结局来讲,虽然造假能获得一时轰动,但结果都比较凄惨。学术界对造假事件还是深恶痛绝,零容忍的。对于造假个人来说,也是得不偿失,所以做科学研究,首先要端正态度,经得住寂寞,心态很重要。选择了做科研,就要有一辈子也可能出不了成绩的意识和觉悟。
 
   记者:中国人教授在日本有很多,他们都是一种什么环境?
   赵:我的数据还是几年前的,不是最新的。在日本大学里的讲师、副教授、正教授大约有2000人,其中正教授有300人左右。但是2000人里面一半多是讲中文,或讲中国的政治经济方面相关学科。剩下900人是理工科的,但有大约500人又是与计算机教学相关。2000年前日本没有单独的计算机专业,2000年后各个学校都大力开展情报科学科,建系的时候发现人手不够,所以有一大批中国人计算机人才在大学里得到教职。在日本从事前沿科学领域研究的教授,大致就100人左右。
   我们那时候当教授非常不容易,现在不一样。现在有很多年轻的,东京大学有一半留学生都是中国人,能够留下来往上熬,肯定能熬上去。
 
(赵新为教授部分学术专著)

考取我的博士生,主要是要有自己的思维

   记者:东京理科大学是日本科学与科技领域方面著名的大学之一,请您介绍一下东京理科大学的基本情况。您是东京理科大学的理学部教授,博士生导师。您在录取博士生的时候,主要注重考生的哪方面?
   赵:东京理科大学已有135年的历史,其前身是1881年由21名东京帝国大学(今东京大学)毕业生创办的「东京物理学讲习所」(后更名东京物理学校)。1949年新制大学改革,改组并更名为“东京理科大学”并沿用至今。有4个校区,校本部位于日本东京都新宿区的神乐坂,日本大文豪夏目漱石的小说《坊っちゃん》中出现的主角的“物理学校”,就是现在的东京理科大学。2015年诺贝尔生理学·医学奖得主 大村智教授于1963年取得东京理科大学硕士学位,1970年取得理学博士学位。
   考取东京理科大学的学生,跟早稻田大学,庆应大学的学生相比较,可能就是学生的态度不一样。我们的学生来就是做研究的,老实的人比较多。
   东京理科大学创立以来以“实力主义”——只允许真正具有实力的学生毕业作为教育方针,所以出去就变得很有竞争力了。
   至于考取我的博士生,首先要有自己的思维,这是必须的。现在的二三十岁的年轻人,理应有很多想法比我们新,如果想法还比我们50多岁的人落后,那就算了;第二学习成绩要好;第三,我们这行需要做实验,实验是需要技术,需要细心。实干的学生,有的三年才出一篇论文,但他能力有了,总有一天会开花结果的。

 
   记者:中国留学生也许会沿着您的道路走,您要对他们说什么?
   赵:如果只是为了博士学位,只要聪明,应该都能拿到。但如果你就想做研究,对研究本身有兴趣的话,那我希望最起码安静十年,在某一个行业不要乱改专业,说得通俗一点,选择后不要朝三暮四。半导体领域比较宽,但是在半导体大框框里面不要乱转。千万不要走散,走惯散路的人,最后是坚持不下去的。
   坚持有时候是很辛苦:比如论文特别难发,得不到基金,都有可能,这时候需要耐心。你把它做下去,把它做好,慢慢地就没有担心了,无论做什么都可以了。真心想做研究的人,我希望他这样。
但是并不是说做研究是唯一的。跑得快的、跳得高的、学习好的,这都是一种特长,这种特长都会有,只要发挥自己特长,再加坚持,就可以了。
 
 
 
 

编辑: 张宏