楊培東:探尋納米世界的美

本報記者 郭勉愈

　　今年4月18日，美國藝術與科學院公布了2012年新增院士名單，加州大學伯克利分校化學系教授楊培東榜上有名。

　　40歲的楊培東是當今國際頂尖的納米材料專家。今年5月23日，《中國科學報》記者在北京大學見到了這位著名的科學家。楊培東應邀在北大作關於「廢熱發電」的學術講座。這是記者第二次見到楊培東。第一次是兩年前，在美國加州大學伯克利分校。

　　楊培東給人的印象是沉穩幹練，言談舉止中流露出自信。他講話不緊不慢，思路清晰，善於把前沿而艱深的學術問題剖析得深入透闢。

　　談到自己的成功，楊培東認為這歸結於幾個因素：刻苦工作，善於思考，鍥而不捨，再加上名師指點。

　　書香童年

　　楊培東的父親是一名醫生，母親是幼兒園教師。父親對教育特別重視，鼓勵他們多讀書，曾訂閱當時比較熱門的《少年報》、《少年文藝》等培養孩子們的興趣。如果楊培東在學習上取得了好的成績，父親的獎勵就是幾本新的少兒讀物。

　　楊培東文理科都很好，初中時不僅在數學、物理、化學等奧賽上獲獎，還在華東六省一市作文比賽上得過大獎。當時楊培東所在的蘇州木瀆中學「尖子」班，競爭十分激烈。楊培東每堂課聽講都十分認真，儘量把老師的每一句話都記在筆記本上。

　　楊培東性格很要強，什麼事情都要努力做到最好。他回憶說，那時候體育課有一個項目是跳箱，長1.2米、寬0.4米、高0.9米的跳箱對於楊培東來說是一個「巨大」的障礙，一開始根本跳不過。但楊培東不服輸。每次體育課下課之後，他都懇求老師把器材再留一會兒，讓他多練一練。

　　中學畢業後，17歲的楊培東考上了中國科技大學應用化學系。1993年，楊培東從中國科技大學畢業，赴美國哈佛大學求學，專業仍然是化學，師從著名材料科學家查爾斯?利伯教授。4年後，獲得化學博士學位。

　　「哈佛的學習生活對我的影響非常大。剛開始的時候並不容易，語言障礙是第一大難關。但是，等這個關闖過了，學習也就很輕鬆了。」楊培東說，「與此同時，很重要的一點是，我在哈佛學會了如何作研究。例如，怎樣發現重要的科學問題，怎樣設計方案解決問題等等。這些經驗對於我以後開始獨立的學術生涯非常必要。」

　　當《中國科學報》記者問及「誰對你的學術生涯影響最大」時，楊培東不假思索地回答：「是我在哈佛大學的導師查爾斯?利伯教授。他是個了不起的研究員和導師。我十分欽佩他。他是我真正的榜樣。」接著，又補充道：「如果說我還有一點創新精神的話，這精神就是來自我的哈佛導師。」

　　從哈佛畢業後，楊培東到加州大學聖塔芭芭拉分校從事博士後研究。儘管博士後工作只持續了18個月，但這段經歷對於楊培東的職業發展也十分重要。他說：「在聖塔芭芭拉，我是個博士後研究員，有充分的研究自由。我可以形成自己的想法，然後把它們轉化為現實。這段時間是我發展獨立研究技能的時期，對我後來的科研非常重要。」

　　1999年，28歲的楊培東獲得加州大學伯克利分校的聘書，成為該校化學系的助理教授。6年以後，他被聘為化學系終身教授。

　　伯克利分校位於海邊，校園風景優美，一灣之隔即繁華的舊金山，而伯克利小城卻安詳寧靜，十分適合做學問。「我喜歡這所大學，因為這裡有很好的學生、同事，一流的設備和舒適的氣候。」楊培東說。

　　納米世界

　　納米領域的研究對象常常是精細如頭髮絲千分之一的金屬線、晶體結構，或者微小如一隻昆蟲的神經環路，是人的肉眼所看不到的隱秘世界，而楊培東卻醉心於探尋其中的美。

　　楊培東的研究重點始終是納米線的合成，以及這種技術如何應用於發光二極體、雷射器到電晶體、太陽能板等廣泛領域。加入加州大學伯克利分校以後，楊培東在學術生涯上一帆風順，發表了一系列重要的學術成果。

　　2001年6月，《科學》雜誌報導說，楊培東的研究小組在納米線上製造出世界上最小的雷射器納米雷射器，這一發明將有可能用於未來的光子計算機。這篇論文，奠定了楊培東在美國納米研究領域的地位。

　　半年之後，楊培東的小組又在美國《納米通訊》雜誌上報告說，他們已成功地找到一種製造「多層結構」納米線的方法，能夠使矽和鍺這兩種不同的材料交織組成單根納米線。

　　2003年4月，英國《自然》雜誌刊登了楊培東研究組發表的單晶體氮化鎵納米管論文。這種納米管性質穩定且耐久，有優良的光電性能。現有的電子器件，無論計算機器件還是雷射器，依賴的都是二維的半導體接口。而楊培東小組則率先實現了二維半導體接口向一維的轉換。同時，半導體接口的接觸面積大大縮小。楊培東認為，從二維到一維這種維度的轉換，將產生巨大的應用潛力，在計算機器件、光電器件、化學和生物傳感器等領域，都將「佔有很大的一席之地」。

　　兩年後，楊培東又與合作者共同研發出世界第一個液體納米電晶體，這將成為未來生化處理器的奠基性技術。

　　2010年，美國能源部公布了一項1.22億美元的新能源研究計劃，由加州大學伯克利分校和加州理工學院在未來5年裡合作發展「人工光合作用」的環保能源技術。楊培東是研究團隊的領導成員之一。美國能源部表示，選擇這一研究團隊是經過激烈的競爭，參與研究的科學家都是頂尖級別，將極大地促進這項「革命性」能源技術的開發。

　　楊培東向記者描繪了「人工光合作用」的前景：現在使用太陽能的方式主要是依靠矽材料太陽能板發電，而人工光合作用是把太陽能轉換為氫氣、甲醇或乙醇等化學燃料，直接用作汽車等機械的動力。目前全世界的能源近九成為燃油，如果能夠開發出直接的替代品，可以降低人類對石油等不可再生資源的消耗。

　　除了作研究，楊培東還是納米技術公司「NanosysInc.」和 「Alphabet Energy Inc」的創始人之一，擔任公司科技顧問委員。公司致力於將納米技術轉化到實際應用中去，實現工業化生產，目前運營情況良好。

　　傑出的科研成果也給楊培東帶來很多榮譽。楊培東曾經獲得阿爾弗雷德?斯隆獎、貝克曼青年研究員獎，以及2007年度美國全國科學基金會「艾倫?沃特曼獎」。「艾倫?沃特曼獎」每年只授予一位在科學或工程研究領域從事前沿工作的年輕科學家。成為該獎項候選人的前提條件是：年齡不能超過35歲，或者獲得博士學位不到7年。科學基金會在頒獎詞中說，楊培東在納米線、原子組裝等方面進行了「開創性研究」，這些研究有望應用於一系列高技術設備，如計算機電路、新型太陽能電池板以及生物傳感器等。「艾倫?沃特曼獎」是楊培東科研生涯成功的標誌之一。

　　因為一系列的成果和榮譽，2007年美國《科學》雜誌撰文報導了楊培東，文章題目為「Rapid Rise」，意即「青雲直上」。文章說，根據科學信息研究所的統計數據，以1995年至2005年論文引用次數而言，楊培東名列最頂尖的十名材料科學家之列，他的論文平均引用次數超過100次，幾乎是僅居其次的科學家引用次數的兩倍。

　　而根據湯森路透ISI公布的相關數據，近10年來，楊培東的工作在材料科學領域被引用的次數排名全球第一，在化學領域被引用的次數排名全球第十。

　　說起為什麼能夠獲得這麼多重要的學術獎項，楊培東向《中國科學報》記者解釋：「這是因為我們在半導體納米線方面作了始創性的研究，尤其是在光學和能量轉換方面。我們是領導這個領域的為數極少的研究組。」

　　薪火相傳

　　2011年6月，以楊培東名字命名的「培東班」在蘇州木瀆中學成立。「培東班」是楊培東的兩所母校中國科技大學與蘇州木瀆中學聯合創立的，希望藉此探索中學教育與大學教育的有機銜接，培養出更多的「楊培東」。中國科技大學對「培東班」進行指導和監督，並不定期指派專家、教授到木瀆中學進行授課、舉辦講座。

　　培東班揭牌時，楊培東親自出席並為學生們作了一次報告會。此後，儘管工作繁忙，楊培東依然通過網絡隨時關注培東班的情況，還經常通過電話與師生們交流。

　　雖然大部分時間在美國，楊培東仍與中國納米領域的科研人員有著密切的交流。2008年，應中科院蘇州納米技術與納米仿生研究所之邀，楊培東出任客座教授，同時負責組建並領導一個國際合作實驗室，經常在中美兩國之間奔波。

　　談到自己的科研經驗，楊培東認為，對於科研來說最重要的是創新，只有創新才能把研究不斷推向前進，才能作出前人沒有作過的成果，創新是科研的生命。

　　在美國學習、生活了20年，楊培東對中、美兩種文化都有著深入的了解和切身的體會。他認為對於外國人來說，美國的職場並不存在所謂的「玻璃天花板」，只要你有能力，而且作出成績，就能獲得相應的地位與肯定。而中國，隨著近年來不斷地改革與發展，社會環境也越來越好，「沒有感覺到兩國之間有太大的差異。」他說。

　　雖然楊培東在學術研究領域已經「功成名就」，但依然勤奮，每天都要工作十三四個小時。楊培東最大的「業餘愛好」是陪女兒散步。提起7歲的女兒，楊培東的臉上情不自禁地露出微笑。

　　人物介紹：

　　楊培東，1971年8月出生於蘇州，1988年考入中國科技大學應用化學系，1993年赴美國哈佛大學求學，1997年獲哈佛大學化學博士學位。1999年至今，任美國加州大學伯克利分校化學系教授。2008年起，任中國科學院蘇州納米技術與納米仿生研究所客座教授。2012年4月，當選美國藝術與科學院院士。

　　《中國科學報》 (2012-05-28 B2 人物)