19年炼成“魔法石”

　　19年炼成“魔法石”

　　———一项国家自然科学一等奖的诞生

　　□本报记者李虎军

　　南京大学闵乃本教授及其同事经过长达19年的艰苦努力，终于以激光领域的杰出成就赢得2006年国家自然科学一等奖。这是自1999年改革科技奖励制度以来高校首次独立获奖。

　　红光，绿光，蓝光，三种颜色的激光同时闪烁。南京大学科技馆4楼的一间实验室，中国科学院院士闵乃本及其同事利用一种神奇的“魔法石”———介电体超晶格，在一台激光器上同时得到红绿蓝三种颜色的激光，而一台固体激光器通常只能出现一种颜色的激光。

　　“这是激光投影显示的重要目标，”著名物理学家、澳大利亚科学院院士基沙(YuriKivshar)等人在《光学进展》丛刊上如是评论。

　　2007年2月27日，国家科学技术奖励大会在北京举行，南京大学闵乃本教授等研究人员凭借“介电体超晶格材料的设计、制备、性能和应用”，获得2006年度国家自然科学一等奖。该奖项的奖金只有9万元，但这是中国基础研究的最高荣誉，堪称是中国版的诺贝尔奖，以往的获奖者包括华罗庚、李四光、梁思成等大师。由于评审时坚持国际标准，该奖项经常空缺。自1999年中国改革科技奖励制度以来，这还是高校首次独立获奖。

　　闵乃本其人

　　1984年，闵乃本从美国犹他大学访问归来。“这一年，中国发生了两件大事，一是中央决定建立国家自然科学基金会，二是原国家计委决定建立国家重点实验室”，闵乃本说，“这两件事激励了我，使我感到有可能去实现我们的科学设想。”

　　此前，中国高校的科研条件非常简陋，即使身处南京大学这样的名校，闵乃本和同事们也只能用教学仪器来搞科研。

　　那两件大事的发生，以及接着开展的863计划、攀登计划、973计划等，使他们告别“小米加步枪”的日子。闵乃本所在的南京大学固体微结构物理实验室是首批国家重点实验室之一，得到800多万元建设经费，陆续购置了一些先进的科学仪器。

　　仪器和经费固然不可或缺，但科学研究最为关键的还是有没有人，有没有学术思想。

　　当时，闵乃本已在南京大学度过近30年科学生涯，成为一名学术中坚。1955年，出生于江苏如皋的青年闵乃本考取南京大学物理系。本科毕业后，他在中科院院士冯端的指导下进入晶体缺陷领域。“文革”期间，中国的教育和科研陷入停顿。闵乃本于1972年接到某科研单位的任务，才有机会从劳动工地返回实验室。1982年，他出版40余万字的专著《晶体生长的物理基础》。南京大学副校长、物理系教授张荣说：“这本书影响了一代人，我自己也读过。”

　　美国斯坦福大学文理学院副院长费耶尔(MartinFejer)也是闵乃本的读者之一。1980年代初，费耶尔还是博士生时，就读过闵乃本他们发表在国际杂志上的论文。冯端带领闵乃本等研究人员制备出聚片多畴晶体，率先验证了诺贝尔奖得主布伦伯根(NicolaasBloembergen)1962年提出的准相位匹配理论。

　　闵乃本后来的兴趣主要放在了介电体超晶格，他决定全力研究其物理规律和可能应用。通过人为地设计和调控(透明而不导电的)介电材料的微观结构，可以制备出全新的光电功能材料。

　　此时，闵乃本已经年约50岁。他决定组建一个团队，边培养学生边开展工作。

　　大师和他的团队

　　首先加入团队的是朱永元和祝世宁。他们的经历非常相似：“老三届”毕业生，下过乡，做过工人，“文革”结束参加高考时已年近30。

　　随后又有陆亚林、陆延青等年轻学子陆续加入。目前在美国科罗拉多大学泉城分校任教的陆亚林说，他从浙江大学材料系获得工学硕士之前，想成为物理学家。这简直是一个180度大转弯，他需要通过那些完全陌生的物理课程考试。他给闵乃本教授去信，但并未奢望得到回复。闵教授却很快回了一封两页纸的信，信中充满鼓励，并列出了书单和自学建议。1988年，陆亚林开始在闵乃本指导下攻读物理学博士。

　　招收陆亚林这样的工科学生，乃是闵乃本的深谋远虑。他说：“我们开始做的是纯基础研究，后来很可能发展到应用，所以不仅在物理系学生中招研究生，还有博士后，而且在工学院也招。”

　　在这个大家庭式的团队中，有一位令人尊敬的女性：闵乃本的妻子葛传珍。葛传珍现在是物理系的退休教授，曾与闵乃本共事多年，研究领域是缺陷物理。闵乃本的事业重新起步后，她还是丈夫的得力助手，与研究组其他成员相处融洽。

　　闵乃本是团队的学术领导人，但并不专制，弟子们毕业后如果留下来成为合作者，“做出来的工作首先属于他们自己，论文署名时是第一作者或通讯作者，这样才会形成一个和谐集体”。

　　研究组成员都在国外有名的实验室工作过，而且很多人又回到大家庭。祝世宁很坦率：“我的年龄偏大，出去也只是为了增长见识，回到家里还可以做更好的事情。”年仅35岁的材料系教授陆延青是5位获奖人中最年轻的一位。他从2000年起将兴趣转向应用工程技术领域，到美国呆了五六年，在光电子行业的高技术公司做过产品开发，甚至是生产管理。在闵乃本的一声召唤下，他这个“在外放飞的风筝”飞回了南京大学。

　　漫漫研究路

　　从1986年开始，这个研究组开始了近20年的漫长征程。闵乃本说：“做科学工作等于自讨苦吃，他们都是没有假期，没有周末，包括我以前也是，一有时间就想到科研。”祝世宁就曾整日整夜地做实验，累得在激光器旁入睡，在学生中传为美谈。

　　前几年，他们这个研究领域的应用前景并不明显，在国际上处于冷门。在闵乃本看来，“一个真正的科学家要耐得住寂寞，10年、20年静下心来，不能心急，不能以功利为目的，而功利只是一个水到渠成的事情。”

　　1990年，朱永元等提出多重准位相匹配理论，预言在一块准周期的介电体超晶格材料里面可以出现多种波长，即多种颜色的激光。论文在国际杂志上发表后，几乎没有引起什么反响。研究团队开始心里不是滋味。但后来想通了，一个理论要得到别人承认，没有实验的验证不行。他们决心转去制备准周期超晶格。

　　但接下来的路非常艰难。当时他们使用的生长条纹方法，只能制备周期超晶格而不能制备准周期超晶格。两年多的求索，始终不得要领。闵乃本称这是研究过程中最难的难关，“得不到要领的过程非常痛苦”。

　　1992年的一天，正在香港中文大学访问的闵乃本偶然翻到《应用物理快报》上面日本科学家的一篇论文，介绍如何将半导体的平面工艺应用到光波导周期结构制备。他心里一动：以前怎么没想到将这个工艺“搬”过来呢？

　　三年后，研究组在半导体平面工艺的基础上加以改进，成功制备出准周期超晶格。同年夏天，闵乃本去日本参加一个学术会议，报告研究进展。斯坦福大学的拜尔(RobertByer)和费耶尔对此很感兴趣，特地邀请他一同进餐。事后，闵乃本马上找来祝世宁：“只能给你两年时间了！”他担心被两位斯坦福教授抢了先。

　　研究组果然不辱使命，于1997年实现了两种波长(即两种颜色)激光的同时输出，多重准位相匹配理论得以验证。“当时输出的激光非常微弱，像鬼火一样，但我们非常兴奋。”祝世宁说。

　　多付出50％以上

　　研究论文被美国《科学》杂志接受时，祝世宁正在美国宾州州立大学做访问学者。该杂志编辑曾问他，要不要署上宾州州立大学的地址。他回答说不需要，因为研究工作全部是在南京大学完成的。

　　论文发表后，这一领域逐渐成为热门。研究组并没有就此停步，非线性光学专家王慧田和全固态激光技术专家何京良等也加入了研究。2005年，他们研制成功全固态超晶格三基色激光器，在一台激光器上同时得到红绿蓝三种颜色的激光。研究组的成果在光电子、声电子、量子信息学等领域都可能会有重要应用。

　　“如果是在技术非常发达的国家，我们做到1997年，接力棒就可以传给工业界了。一个团队不能包打天下，应该合理接力，接力过程短比较好”，闵乃本说，“但我们是发展中国家，再往前走个十年八年，演示出全固态三基色激光器，这样更能引起工业界的关注。发达国家那些名校(的科学家)容易引人注目，中国科学家要取得同样的学术地位，大概要多付出50％以上。”

　　研究组的工作已经得到国际同行认可。澳大利亚国立大学基沙教授说，他从未见过闵乃本及其同事，却熟知这个研究组的先驱性工作。基沙在2005年度《光学进展》丛刊撰写评述文章时，多处引用闵乃本他们的研究。斯坦福大学费耶尔教授曾数次与闵乃本进行学术讨论。他说：“闵教授和他的同事在这个领域做出了许多开创性的贡献。”

　　国家自然科学一等奖只能有5位获奖者，除闵乃本以外，名单上还包括朱永元、祝世宁、陆亚林和陆延青。闵乃本说，还有许多人的名字没有放进去。

　　“这个项目不单出了成果，而且出了人才，”南京大学副校长张荣评价说，“这批队伍完全是国内自己培养出来的，主要研究工作也都是在中国土地上完成。”他将闵乃本等人的成功看作“大师＋团队”模式的典范。

　　闵乃本(中)和年轻的学生们在一起。李虎军／摄