閔 乃 本 院 士
閔 乃 本 院 士 簡 介
南京大學教授，
江蘇如皋人，晶體物理學家，
1959年畢業於南京大學物理系，
1987年獲日本東北大學理學博士學位，
1991年當選中國科學院院士，
1995年加入九三學社，
2001年當選第三世界科學院院士，
2013年12月20日，國際編號為（199953）號小行星命名為「閔乃本星」。
滿懷學術風採 躬心科學報國
主 要 學 術 成 就
閔乃本先生主要學術工作是從事晶體生長、晶體缺陷與晶體物性研究，他在國內首次研製成功「電子束浮區區熔儀」並製備成功鉬、鈮、鎢等體心立方高熔點金屬單晶體。是國家攀登計劃和國家973計劃「光電功能材料」項目首席科學家，2006年國家自然科學一等獎。發明準位相匹配材料、鐵電晶體圖案極化技術，三基色和新型白色雷射器，開拓鐵電疇工程學，建立了晶體閔氏亞臺階理論等。
組 建 隊 伍 合 力 攻 關
1984年,中國發生的兩件大事鼓舞了時為晶體生成領域新星的閔乃本先生,使他感到自己的學術設想有了實現的客觀條件:一是中央決定建立國家自然科學基金會,二是南京大學固體微結構物理國家重點實驗室成為國家計委確立建設的首批4個國家重點實驗室之一。當時,閔乃本49歲,意識到自己最富有創造性的年華已過,憑現有的精力不可能一個人單槍匹馬完成全部的學術設想。當他1984年從美國訪問歸來後,便開始致力於組建團隊,一邊培養學生一邊開拓研究。
為了解決人才的斷層問題,閔乃本決定從77、78級學生中選拔一批優秀的年輕人做自己的研究生。1982年從南大畢業的朱永元先在蘇州一家工廠工作了三年,1985年被閔先生慧眼識才,招進課題組專門做超晶格方面的研究;老三屆畢業生祝世寧,年輕一些的陸亞林、陸延青也相繼進入閔乃本先生課題組,成為他的博士生。考慮到研究項目從純基礎的科學很有可能發展到應用,於是從1986年開始,閔乃本設想可以招收一些具有工科背景的研究生。沒有進入獲獎名單的陳延峰原是西北工大的工學博士,後也被閔乃本招來做博士後研究;1999年後,課題組又先後引進了非線性光學專家王慧田教授和固體雷射技術專家何京良教授一起進行合作。就這樣,一支理工相結合、知識與年齡結構合理的梯隊開始了漫長而艱辛的攀登之路。
1984年以前,高校的科研條件非常簡陋，人才流失的現象也較為嚴重。在這種形勢下,閔乃本考慮最多的就是如何留住人才,給願意獻身科學的青年人搭建施展才智的舞臺。在他看來,一個學術群體的發展,不是隨意招一批有潛質的人、添一批設備就可以成就的事情,而是一個包括學科知識、實驗技能、研究成果等不斷積澱的過程,還包括學術傳統、學術氛圍、科學精神的傳承。置身在一個學術氛圍良好的群體中,青年人就有可能在較短的時間內做出傑出的貢獻。閔乃本對弟子的要求很高,國內一般的科研論文都是用中文撰寫,當時朱永元在閔先生手下讀研究生,他發表的第一篇論文就被要求用英文寫作,閔先生這樣告誡他:「我們的工作應該拿到國際上去競爭!」;朱永元還回憶說,閔先生指導學生的方式是與學生在一起討論,提出的問題切中要害,常常讓學生回答不了,卻每次都能讓朱永元受到啟發,向更深的地方鑽研;祝世寧印象最深的是,在他讀研究生期間,每當發表研究論文時,閔先生總是把自己的名字放在學生的後面,而當祝世寧自己成為教師並開始帶研究生後,閔先生又讓祝世寧作為通訊作者。用閔乃本的話說:「你們做出來的工作首先是你們自己的工作,而不是首先是我的工作。你們應該排在我前面。」閔乃本對每一位取得科研成果的年青人莫不如此。
作為學術領導人,閔乃本深知,對年輕人僅有學術上的關心並不夠,還必須關心、改善他們的生活,為他們安心科研工作創造條件。上世紀90年代初,有一次閔乃本去北京參加學術會議,在南京開往北京的列車上,認識了企業家吳思偉先生,素昧平生的兩人聊得很投機,受閔乃本的感染,臨別前,吳先生表示願意無償為改善青年研究人員的生活條件提供一筆資助。就這樣,閔乃本用自己牽線的這筆資助在物理系、材料系和微結構實驗室設立了「克力獎研金」,每位獲獎者每個月可以獲得1000元的補貼,這在當時比閔乃本自己的工資還要高。
「這些客觀的運氣也為我們能在1997年之前的困難條件下保存一支隊伍發揮了不小的作用。」閔乃本院士笑著說。
不僅要留住人才,還要對人才進行培養。當自己的學生留下來成為了合作者之後,閔乃本更是不遺餘力地幫助他們走出國門,拓寬知識面。閔乃本課題組的每一位成員都在工作兩三年取得一些成就後以專家的身份赴歐美等國最有名的研究組從事合作研究。陸延青理論和實驗能力兼備,在導師的支持下,畢業後到美國的大學工作了一段時間,而後進入美國高技術公司從事實際的研究開發,因而取得了豐富的光電子產業的經驗,在美國的5、6年閱歷讓他有了更多的收穫,最近剛剛回國。通過這種出國訪學和交流,課題組成員增強了參與國際合作與競爭的意識與能力,眼界也更加開闊,促使課題的發展呈良性循環。
閔乃本院士直言:「在19年的研究過程中,功勞不能歸在我一個人頭上,我不過年長一點,是老師。實際上,朱永元教授在建立基礎理論方面作了主要貢獻,祝世寧教授在主要效應的驗證和器件發展方面作了重要貢獻,他們堅持合作了十幾年,做了系統的工作。陸亞林教授、陸延青教授、陳延峰教授、王振林教授、王慧田教授、何京良教授在不同方面都作出了相應的貢獻。可以說,這項成果是從凝聚態物理、材料科學到光學工程再到固體雷射技術的綜合結晶。」
甘 於 寂 寞 勇 於 創 新
創新是閔乃本院士課題組摘得本屆國家自然科學一等獎的關鍵所在。對於創新,閔乃本先生有著自己的獨到見解:在繼承前人的基礎上加以發展,在發展當代前沿的過程中才能創新。這實際有一個積累的過程,是一個自然的過程,不能急於求成,要甘坐冷板凳。「我們這個獲獎課題的設想不是憑空從天上掉下來,而是有所繼承。」1962年,美國的諾貝爾獎得主Bloembergen提出了準位相匹配理論,但是這個理論一直沒有辦法得到驗證。直到上世紀70年代末,在馮端教授的帶領下,閔乃本等巧妙地利用了在晶體生長過程中出現的生長條紋,研製出聚片多疇鈮酸鋰晶體,成功地驗證了準位相匹配理論。這一成功使閔乃本敏銳地意識到這類微結構材料具有潛在的應用價值,於是萌生了發展和建立一套有關該類材料的系統理論並探索其應用前景的設想。
1984年,科學家發現了物質的一種新的形態----準晶。1986年,閔乃本考慮提出介電體超晶格的概念時開始設想:「是否可將準晶結構引入到介電體超晶格中,構建準周期超晶格?」經過2至3年的探索,閔乃本和他的學生朱永元等建立了準周期超晶格的多重準位相匹配理論,預言「一塊準周期的介電體超晶格有可能將一種顏色雷射同時轉換成三四種顏色的雷射!」雖然當時還沒有實驗結果,他們不敢下定論,但這一理論預言已讓他們興奮不已。然而,讓大家沒有想到的是,他們的這項研究成果於1990年在國際學術刊物《物理評論B》上發表後並未引起學術界的重視。剛開始,閔乃本心裡很不是滋味,後來終於想通了:一個理論要得到國際上的承認,沒有實驗的驗證不行。其後的兩年裡,課題組一直在思考製備介電體超晶格的新工藝,卻總也沒有找到突破口,這也是他們在19年中最為苦悶的時候。
1992年,閔乃本院士到香港中文大學訪問,一面講學一面在有空時翻閱最新的物理學雜誌。有一天,忽然看到一篇報導說日本科學家利用半導體平面工藝製成了周期結構光波導,實現了雷射倍頻。「半導體平面工藝任何圖樣都能做,既然周期結構能行,那準周期也應該能實現!」這個想法一下觸發了閔乃本院士的靈感。閔乃本院士趕緊把這篇文章傳真到祝世寧的實驗室,讓他考慮一下這種方法。祝世寧很快反應過來,開始探索製備超晶格的新技術。他和實驗室其他人員一起設計圖案、光刻、做電極……終於用兩年多的時間成功地發展出一種室溫圖案極化製備介電體超晶格的新技術。1995年,課題組已能用這種新技術製備出周期超晶格。
同年,閔乃本院士在日本參加光電子學國際會議,在做完關於準周期超晶格及效應的報告後,史丹福大學的兩位教授Byer和Fejer就「準周期介電體超晶格」的構造方法向閔先生求教,閔乃本院士向他們做了進一步解釋。之後,閔乃本院士告訴一同參會的祝世寧說:「我已和斯坦福的Byer教授討論了準周期介電體超晶格,如果他們要招一個物理系的學生弄清準周期的問題,很快就能趕上我們,因為他們的研究條件比我們好。所以我只能給你們兩年期限,如果準周期超晶格還做不出來就不要做了!」承受著巨大的壓力,祝世寧和朱永元經過一年多的努力,終於在1996年製備出了同時能出兩種顏色雷射的準周期介電體超晶格,並成功地用漂亮的實驗驗證了他們建立的多重準位相匹配理論。這項工作發表在世界級學術刊物《科學》上,引起了廣泛的重視,入選科技部1998年度我國基礎研究十大新聞。
閔乃本院士課題組經過近二十年的努力,為準位相匹配材料的研發奠定了基礎,使國際上同行科學家逐漸關注介體電超晶格的應用前景。由於隨後美國史丹福大學一批科學家的介入,更使這一冷門領域逐漸走向熱門,而此前,研究組坐了十年冷板凳。一組清晰的數據佐證了這段歷史:據不完全統計,1980年至1990年這十年艱苦積累時期,國際上相關論文總數約有20餘篇,閔乃本研究組就貢獻了9篇。
自 討 苦 吃 成 就 榮 耀
隨著國家自然科學基金的設立,863計劃、攀登計劃、973計劃的實施,以及國家重點實驗室的建立,課題組所在的南京大學固體微結構國家重點實驗相繼購置了雷射器、電子顯微鏡、聚焦離子束等現代化儀器和設備,科研條件大幅改善。尤其是1995-1997年取得的巨大成功,更讓閔乃本院士對該研究方向的選擇充滿了信心。在閔乃本院士看來,「我們國家和世界發達國家存在差距,要實現跨越式發展,我們這些科學工作者要立足於前沿,要付出更多的艱辛,這是中國科學家的歷史責任。」閔乃本院士坦言,「和發達國家不同的是,我們的基礎研究成果如果不再花一點時間將它演示出來,就不能吸引工業界或應用界的關注。我們處在發展中國家之列，要付出更多的努力再往前走幾步,這樣才能被產業界認識,使這些成果早日對人類、對我們的國家有所貢獻。基於這一認識,課題組將已經取得的基礎研究成果與全固體雷射技術相結合,齊心協力,終於在2005年利用自己研製的介電體超晶格,研製成功全固態超晶格紅、綠、藍三基色和白光雷射器。對一個以基礎研究為主的課題組而言,要完成一臺技術複雜的原型器件其難度可想而知,更何況他們不但制出了樣機,還取得了4項國內發明專利和1項美國發明專利。據統計,近年來國際上從事該領域研究的研究組越來越多,在1997-2005年間,國際上相關論文總數達2000餘篇,課題組在此期間貢獻了46篇,約佔總數的2%;這8年中,相關論文開始陸續出現在《Nature》、《Science》和物理學的頂級學術期刊《PhysicalReviewLetters》上。課題組先後在《Science》上發表論文3篇,在PRL上發表論文7篇,約佔這三種學術期刊上該類論文總數的一半左右。課題組的研究結果被美、英、法、俄羅斯、日本等20餘個國家的著名大學和實驗室的研究組所引用。閔乃本、朱永元、祝世寧在國際會議上作邀請報告20餘次,應國際學術刊物之邀撰寫了4篇綜述性文章。「做科學工作,我體會的是自討苦吃,沒有鐘點,沒有假期,當然,入了迷以後就樂在其中。」閔乃本院士笑著說。在他的團隊裡,沒有人規定什麼時候上班、什麼時候下班,但每一位成員吃完晚飯都會自覺地趕到實驗室,直到晚上十一二點才離開,大家已習以為常,19年來如一日。朱永元當年進入南大閔先生課題組後,不得不和在蘇州工作的愛人分居兩地,一分就是8年。用他自己的話說就是「那個時候,實驗室就是我的家」。祝世寧清楚地記得,早年科研條件簡陋,許多實驗儀器都得向別人借。為了不耽誤別人使用,保證不出問題,儀器工作時自己就在旁邊守著,生怕漏掉一個結果,而且有些實驗一做就是幾天。對課題組的科研工作者而言,假期是自己科研的黃金時間。學生們也充滿敬意地說,為了充分利用時間,很多導師幾乎都要幹到大年三十才收工。在導師們的榜樣作用下,實驗室的許多研究生堅持與導師一道把手頭的事情處理完畢後才各自回家過年。
閔乃本院士對介電超晶格的應用前景有著更多的憧憬:「我們知道,一般的固體雷射器只能出一種顏色的雷射,用了我們的介電超晶格以後可同時出紅、綠、藍三種顏色的雷射,或更多顏色的雷射,這就為當代雷射技術開拓了新用途,也開拓了光學和非線性光學的新領城。除了三基色雷射器可以用於彩色顯示外,還有許多事情可以做，如多波長雷射器有可能去發展一種雷射醫療儀器,它的好處在於有些病症的病灶對某一個波長的雷射比較敏感,就可以用它來檢測和定位,然後再用另一波長的雷射對它進行手術治療。當然,目前這只是可能的設想,還沒有做出來。如果有醫療界、企業界願意做,我們會很高興與他們一起來討論。」
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閔乃本院士為《人工晶體學報》
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