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创新是科学的灵魂

————中国科学院院士、南京大学教授都有为访谈
来源: 本站原创 日期:2015-05-14 加入收藏
   【主持人】:都院士,您好。感谢您接受“中国稀土”网站的专访。时光荏苒,一晃您在科学研究的道路上已经奋斗了近60个春秋,这么多年风风雨雨的经历太多了,还是从您在美国访问期间谈起吧。
 
1985年12月底,我参加了“中美凝聚态物理合作计划”(The APS China Program)来到美国霍普金斯大学从事访问学者的工作。到美国没多久,巧逢高温超导材料的兴起,我和同为南大校友、现为美国布朗大学教授的霍大CUSPEA留学生肖钢,对如何制备高温超导氧化物的样品进行探讨并与肖钢一起制备样品,同时提出对高温超导化合物YBa2Cu3O6+y进行3d过渡族元素代换Cu的研究方向,与肖钢合作完成的论文发表在《Phys. Rev. B. 35(1987)》上,对理解高温超导的机理以及进一步开展高温超导体材料提供了实验的启示,至今已被383篇SCI论文引用。由于当时敏感地意识到这是重要的研究领域,于是向联系教授Walker J.C提出开展高温超导材料研究的建议,Walker教授是从事穆斯堡尔效应的专家,他欣然地采纳了此建议,后与北京大学CUSPEA留学生邱子强,现任UC Berkeley 大学教授,唐涣一起开展磁性稀土离子Gd,取代Y离子,以及采用微量的Fe57置换Cu作为探针元素、用穆斯堡尔谱学的方法研究高温超导体中的磁有序为研究方向,发现了反铁磁有序与超导性共存的现象,这与本世纪初提出的相分离机制是相一致的,在美国期间与其他科研人员合作发表论文20余篇,被SCI刊物引用700余次。
 
  【主持人】:都院士您回国后,在磁学领域开展了深入的基础研究,取得了丰硕的科研成果,请您回顾一下这段历史。
 
1988年底回国后,我放弃了在国外的高温超导材料的研究,重返磁学与磁性材料领域,开展磁性超细微粒材料的研究。回到南大的实验室,依旧是一穷二白的老样子,但是就是在这样的条件,我们先后进行了磁性液体的研制与应用开发,高密度磁记录材料、金属(合金)、氧化物超细微粒的研制与性能研究等,为后续深入进行的纳米材料研究奠定了较好的基础,积累了一些经验。1992年,凭借对磁性纳米材料的研究经验和成果的积累,加之冯端院士的支持,成功地争取到国家“八五”“攀登项目”“纳米材料科学”项目,上海硅酸盐所严东生院士与冯端院士任该项目首席科学家。自此时起,我们的课题组在国际上较早地开始了纳米材料磁性的研究,近十几年来,先后承担了多项国家、省级科研项目,购置了多种纳米材料的合成、性能检测设备,使科研组的科研工作条件有了质的飞跃,取得了一些创新性的研究成果。
 
1995年,中科院固体所的张立德研究员与我共同出任“九五”攀登预选计划“纳米材料科学”首席科学家;1999年,又争取到了“973”项目“纳米材料和纳米结构”的“08子课题”。随着科研条件逐步改善,我们团队的研究也在不断地发展和深入,研究方向延伸到纳米磁学的各个领域,先后开展了C60、纳米螺旋碳管、石墨烯、纳米颗粒、纳米线、颗粒膜、纳米微晶等纳米材料磁性的研究,开展了类钙钛矿氧化物,纳米结构材料以及合金材料的巨磁电阻效应,磁热效应,磁弹效应、磁致伸缩效应,多铁性,热电效应等研究工作,在国内较早地开展颗粒膜的磁光效应与磁电阻效应、反常霍尔效应的研究,进而又进入到自旋电子学的领域,开拓了半金属与稀磁半导体材料的研究,取得了一些创新性成果。

【主持人】:这么多年来,您一直认为科学的灵魂在于创新,请您谈谈这方面的感受。
 
开拓新的研究方向与领域是科学工作者追求的目标。科学的灵魂在于创新,要掌握国内外有关的文献,使文献为科研服务,而自己不能变成文献的奴隶,跟着文献打转。例如:20世纪90年代,钙钛矿化合物庞磁电阻效应的发现,在国内外兴起了继高温超导氧化物后的新一轮研究的热潮,是否要介入?如何进入?此前,我就已经安排学生做过铁氧体磁熵变的研究,在调控居里温度与磁熵变方面存在一些矛盾,此时也注意到钙钛矿化合物的居里温度可以通过离子代换很方便地进行调控,我的学生郭载兵的博士论文的研究工作就由永磁铁氧体转为研究“钙钛矿化合物的磁熵变”,并且第一次试验就发现与金属钆相当的高磁熵变效应,从而为钙钛矿化合物的研究开拓了新的研究方向,研究成果很快地发表在国际著名的Phys. Rev. Lett.78 (1997)刊物上,引起国内外同行的广泛关注,至今已被445篇SCI论文所引用。磁学界权威性系列丛书[Handbook of magnetic matrials-Vol12 Edited by Buschow,199]第四章<Magnetocaloric Effect in the Vicity of Phase Transitions> (作者:A.M.Tishin)一文中,将我们的论文作为钙钛矿化合物磁制冷工质的代表性工作加以介绍,肯定了我们开拓此领域所作的贡献,并将钙钛矿氧化物列为新型高温磁致冷工质。著名磁学家Coey在Advancesin Physics (1999)引用该文并指出“室温附近,中等磁场下,锰钙钛矿的磁熵变可与Gd相当,其居里温度通过组成可调,化学稳定性佳,价廉,使混合价锰钙钛矿氧化物成为宽温区十分感兴趣的磁制冷工质”。磁熵变效应是磁制冷材料的最重要的特性,是新型高温磁制冷机实用化的关键之一,高温磁制冷机一旦能够得到广泛应用研究,将会产生一场工业革命,这就是我们这些基础研究工作者的研究动力。除了组织科研组系统地开展钙钛矿化合物的磁熵变外,又将研究领域扩展到金属、合金以及半金属材料领域,希望通过不懈的努力,争取高温磁制冷机最终能走向实用化。
 
在进行钙钛矿庞磁电阻效应研究时,当时研究的温度范围均处于居里温度附近,金属/绝缘体相变点,所研究的样品大多为大晶粒的多晶体,磁电阻效应只在居里温度附近出现峰值。我的博士生张宁重点研究了当晶粒尺寸减少到纳米尺度时对钙钛矿庞磁电阻效应的影响,发现除居里温度附近的本征庞磁电阻效应外,在低温会呈现由于晶粒间隧道效应产生的隧道磁电阻,这一创新发现发表在Phys. Rev. B.56 (1997)上,至今已被301篇SCI论文所引用,被大多数论文引为小颗粒体系的典型实验结果,晶界隧穿模型被列为二个具有代表性的理论之一。
 
在多晶锌铁氧体磁电阻效应研究中,我的博士生陈鹏意外的发现室温巨磁电阻效应,我提出可采用存在反铁磁耦合层的隧穿物理模型来解释,经高分辨电子显微镜的观测与交换偏置场的测量,证实该机制的正确性,并发表在Phys. Rev. Lett.,迄今已被85篇SCI论文引用,该工作被推荐为2002年国际磁学会议邀请报告。
 
2004年,我们的研究成果《新型的氧化物磁制冷工质与隧道型磁电阻材料》获国家自然科学二等奖。这也是我们在研究工作中不是简单地紧跟与重复,必须有创新的思维所取得的成果。
 
  【主持人】:都院士,这么多的科技创新研究中,您和您的团队一直很重视年轻人的培养吧,请您谈谈你们团队的情况及对青年人才的培养。
 
目前,我们的团队有4位教授、3位副教授、40余位研究生,形成了以年轻人为主、和谐而团结的研究团队。在科学研究工作中需要有合作的精神,要有坦率的心态向有关的老师、同事、同学进行切磋、讨论、请教。尤其从事实验研究的更需要与从事理论研究的人才合作,这样可使研究工作向纵深方向发展,从事理论的也可从新的实验结果中开拓思路,达到双赢的结果。要想在国际上磁学领域中占一席之地,成为具有风格的高水平的学术流派,需要团队几辈人的拼搏与创新,坚持不懈的努力才有可能。
 
我们团队十分重视对年轻一代的教育培养,先后共培养研究生100余名,18名博士后。注意对学生创新能力、独立科研工作能力的培养。科研组学术气氛民主、活跃,所有人畅所欲言,充分表达自己的观点和见解甚至不同意见。我特别欣赏有独到见解和创新思想的年轻人,创造一切条件和机会鼓励他们在研究工作中敢于创新,勇于面对挫折和失败。整个科研组既是一个朝气蓬勃、人人奋发向上的学术团体,又是一个温暖和谐、人人互助互爱的大家庭,科研组不属于某个个人,组内的老师、学生都应当以主人翁的态度参与组的工作,经过老师间的讨论与协商,已确定今后科研组主要的研究方向集中于纳米磁性材料体系,人工微结构材料,重点利用磁、光、电、热、力等多场对自旋的调控,研究交叉耦合效应、输运性质、磁性与电性,例如,最近在Adv.Materials 发表了“Electric Field Control of the Magnetocaloric Effect"一文,提出来利用界面耦合效应实现电场调控磁热效应。至今,科研组师生已发表SCI论文800余篇,被一万余篇SCI论文引用,发表国内学术刊物论文200余篇。编著(含合编)10本,获国家专利20余项,获2004年度国家自然科学二等奖,江苏省科技进步一等奖一项,省部级二等奖6项。
 
  【主持人】:都院士,最后请您谈谈您早年求学和科研经历。
 
我是1953年考入南京大学物理系,南京大学师资力量雄厚,学术氛围浓郁,当时在物理系任教有:教数理方程的魏荣爵教授,时任物理系主任,著名的声学家,科学界誉为南魏北马(指北京声学所的马大猷先生);教固体物理的程开甲教授,60年代参加基地建设,成为二弹一星的元勋,教原子物理的施士元教授,法国诺贝尔物理学,化学奖获得者居里夫人的中国弟子、著名的女物理学家吴健雄教授曾是他的学生;教高等数学是数学系的莫绍揆教授,他讲课时从来不用讲稿,思维敏捷,传闻曾破译日本偷袭珍珠港电文;教普通物理是程浚教授;教理论力学是周衍柏教授;教电动力学的鲍家善教授是著名的天线专家、副系主任,此外,还有刘朝阳,梁昆淼,吴汝麟,熊子敬等教授。
 
1957年大学毕业后留校物理系任教,不久,我和那个年代所有的知识分子一样,被迫中断了教学、科研,到南京附近的江浦县、陡岗乡劳动锻炼,8个月后,1958年全国大跃进运动开始了,又回校参加大炼钢铁、赴灵山挖鸡窝煤矿,60年代初困难时期过后,接着又是全国范围内的四清运动,紧接着又是史无前例的‘无产阶级文化大革命’,参加阶级斗争,挖防空洞、建长江大桥时拉黄沙等。文革后,百废待兴,学校复课,步入正常,社会改革开放,经济复苏,同时为知识分子开创了科学的春天。
 
当时在北大楼的地下室有一间磁学教研室公用的实验室,但里面除了一台简易的高温炉外空无一物,也没有经费买设备,面对这一穷二白的局面,我和另一位年轻教师经过合计,便当起了“破烂王”,专门到化学系的走廊上捡拾丢弃的瓶瓶罐罐,拿回实验室,用化学方法制备磁性颗粒样品,当时称为超细微粒,从尺度上考虑大致上处于亚微米到纳米尺寸,我们都是自己制备、自己建立测量仪器,实验室冬冷夏热,黄梅天里甚至要穿雨靴进实验室工作。就是在白手起家的情况下,磁记录颗粒、永磁磁粉等各种样品陆续从“土”设备中出炉,每年都有2篇论文在当时国内物理界最高水平的杂志《物理学报》上发表。
 
文革后,经济开始复苏,我们也积极参与江苏省磁性材料的生产,为企业无偿地服务,提高产品质量,解决永磁材料干压取向成型中磁粉非均匀性的难题等。1982年,生产扬声器和微电机使用的永磁铁氧体产品的浙江诸暨磁性材料厂,因为技术力量薄弱,质量上不去,产品大量积压、报废,企业濒临倒闭。一次,厂方偶然看到我撰写的《永磁铁氧体工艺进展》、《永磁铁氧体的基础研究》两篇文章,受到启发。于是,派人专程赶往南大恳请我担任厂方的技术顾问。从当年9月首次来到浙江诸暨厂以后,在不影响校内教学、科研任务的前提下,先后7次前往该厂讲学,课后还辅导技术骨干,回答职工提出的问题。除讲课外,我还多次给该厂寄讲义、寄资料,一年多的时间里,陆续给工厂写了数十封信,回答技术难题,提出注意事项,不厌其烦,细致耐心。在普遍提高职工技术素质的基础上,帮助他们成立了攻关小组,把“提高钡铁氧体磁能积研究”作为突破口,把改造陈旧设备作为提高产品质量的关键。经过一年多时间的努力,1983年12月,该厂通过了磁能积研究课题的技术鉴定。自此,浙江诸暨磁性材料厂因为产品质量的提高而重新打开销路,半年盈利27万元,并有7种产品出口。1984年人民日报、光明日报,以及新华日报等报以“拿来主义”加快经济发展为内涵进行了有关报道。
 
高校、研究所是重要的知识创新的源泉,中国要成为创新型的国家,在高校、研究所与企业之间应当探索一种适合中国国情、有效的转化模式,建立科技创新的平台,采用市场化运作的模式,政府、企业与金融机构进行风险投资,结合应用开展研发,解决产业化过程中的技术难点,将有市场前景的研究成果培育成长为能产业化的产品,这样才有利于科技成果好、快、多、省地转化为产品,有利于具有我国知识产权的研究成果走向社会,同时培养出一批创新型的应用人才。

 
 中国稀土网站    编辑:郭咏梅
 
 

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