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厦大“W教授”和他的“π-Lab”

发布时间2021-11-16

“砰砰,砰砰……”

在厦门大学翔安校区的嘉庚创新实验室大楼里,隐藏着一个安静得能听到心跳声的实验室。这是亚洲第一个、世界第四个,同时也是“性价比”最高的一个“无噪声实验室”(全称“厦门大学无噪声超精密加工和表征实验室”)。

走进这间实验室就进入了世界上震动最小的几个角落之一。在这里,纳米尺度的科学研究基本不再受到一切环境的干扰。而这个实验室的诞生,起源于厦门大学洪文晶教授回厦前的一次提议。

在黑暗中摸索前进的道路

2015年,厦大化学化工学院的田中群院士收到了一封洪文晶从瑞士发来的邮件。

邮件中写到:从支撑国家科技创新的角度考虑,厦门大学部署建设一个“无噪声实验室”具有重要意义。田中群院士支持了这位年轻人的大胆想法。同年,洪文晶也从瑞士全职回到母校厦门大学任教。

然而,实验室的建造过程却充满了艰辛。

“当时国内并没有这样的实验室,如此精密的实验室建设,国外也没有太多经验可以参考。”

“我们的设计和建设就像是在黑暗中摸索”,洪文晶说道,“实验室最早期的时候就是10米多深的大坑,下雨在里面能积水近一米”。没有任何这类实验室建造经验的这支包括厦门大学化学化工学院、航空航天学院以及建筑和土木工程学院十几位年轻老师的跨学科团队,结合着数值模拟和不断探索,把“水泥坑”变成了亚洲第一座“无噪声实验室”。

(“无噪声实验室”负一层)

“大家一般认为的安静是声音的安静,而对于仪器来说,安静主要是电磁和振动环境的无噪声。”洪文晶介绍。在这座实验室里,电磁噪声小于0.2nT,振动小于数百纳米/秒,为极限精度的精密加工、测量与表征提供了良好的生长土壤。

洪文晶说:“就像人们很难在一艘颠簸的船上给米粒刻字,但在一个完全稳定的地方就能把这个工作做得很漂亮。”如今,“无噪声超精密加工与表征实验室”成为了嘉庚创新实验室里的“杀手锏”,被用于探索新一代能源器件、碳基电子学、原子制造等交叉学科前沿。

除了提出建立“无噪声实验室”,洪文晶回到厦门大学之后,还和化学化工学院的老师们一起,参与建设了厦门大学马来西亚分校的第一个海外化工学科,从零开始规划所有的英文课程,并推动其通过了国际工程教育认证;他还参与了厦门大学第一个专业研究院 “厦门大学古雷石化研究院”的建设,希望通过中试基地的建设,让研究中所产生的创新成果,能够有机会更快地从实验室走向市场……

“如果只有我一个人,我是不敢去做这些事情的。有了我们化学化工学院‘敢为先’的文化传承,以及师长们和同事们的支持,我们才有了勇气来做一些大胆的尝试。”

参与开垦一块特殊的“试验田”

“无噪声超精密加工与表征实验室”的背后,还有一块特殊的“试验田”——嘉庚创新实验室(全称:福建省能源材料科学与技术创新实验室)。

2019年,这块由厦门市政府与厦门大学共同建设,以服务社会为主要职责,以攻克“卡脖子”技术、落地产业化成果为己任的“试验田”正式在厦门大学翔安校区落地。

作为“嘉庚创新实验室”的建设者之一和首个入驻实验室的团队,洪文晶和他的团队同样致力于开展对国家和社会有直接意义的应用型研究。

去年新冠肺炎疫情刚发生时,洪文晶牵头建立的产业技术研究院厦门大学胜泽泰多肽制药工程与智能设备研发中心,就积极响应学校号召,紧急启动了抗新型冠状病毒药物研制项目。

目前最新实验结果显示,该药物在对抗新冠病毒,尤其是抗德尔塔毒株方面,具有很高的体外活性,接下来将进入临床试验阶段。2020年,该成果也入选中国科协的“科创中国”先导技术榜单,是福建省此年度唯一入选的项目。

为了减轻科研工作者的负担,洪文晶团队还尝试将人工智能应用到科研工作中,大大降低了重复性劳动成本。原本繁琐的诸多合成实验步骤,如今只需要点一点鼠标,就能轻松获取数据。

如今,团队主要致力于精密科学仪器和高精度传感器的研发,现有的仪器已经达到皮米-飞安水平控制精度,智能化水平甚至可以让前来进行“英才计划”培养的高中生开展单分子电导测量这种极限精度的试验,为此,他还“得意”地在化学教育学的顶级期刊《Journal of Chemical Education》上发表了一篇教学论文。

灵敏度高、操作简单的仪器不仅有助于科学研究,还推动了产学研的深度融合。

今年,团队通过知识成果转化与厦门大学资产运营公司、嘉庚创新实验室共同成立了“派瑞(π-Lab)未来”高新成果转化公司,将实验室研发的科学仪器卖到世界各地。

“这些科学仪器研发和推广证明了至少在我们所从事的单分子电学表征这个方向上,我们国家和厦门大学的科研工作者在国际上是站得住脚的。”洪文晶说道。

(“嘉庚创新实验室”科技成果展厅)

谈到自己引以为傲的“嘉庚创新实验室”,洪文晶表示,要在科研中践行 “止于至善” 的厦大校训,力求把基础研究和产业化研发都做到极致。

合作像是吃饭睡觉一样的本能

在洪文晶的办公室里,挂着一副特别的世界地图,地图上的照片代表着该团队遍布全球的合作者们。

洪文晶笑着说:“对我们来说,合作已经像吃饭睡觉一样成为了本能。”

在国际合作方面,洪文晶秉持着“和全世界最牛的人合作,来做最好的科研”的理念,和全球不同研究领域的顶尖学者展开合作,不仅增进了国际学术交流,还构筑了中国科学家的话语权和影响力。

洪文晶认为,“就像一个乐队中,每个人都有擅长的地方,该唱歌的唱歌,该弹吉他的弹吉他。”跨学科合作为科研带来了更多趣味,也拓宽了科研工作者的视野,能让科学回归其本质,变得更加纯粹简单。

“1+1>2”的科研合作实现了科学的“大道至简”。洪文晶和化院谢素原老师合作,通过结合电子学和化学的交叉学科研究,尝试携手研究富勒烯的电子学应用。

他们使用团队研发的精密单分子电学表征仪器,制备了基于单个富勒烯的电子器件,这也是一个仅由碳原子构成的电子器件。该研究成果发布在《自然·通讯》上后被科学导报评为当年的“中国十大技术进展”之一。在过去的两年里,洪文晶还和诺贝尔化学奖得主、美国西北大学的Fraser Stoddart教授合作,发表了多篇合作的研究论文。

洪文晶坦言,能做出这样的科研成果,跨学科的交叉融合是重要的前提,而正是厦大这所综合性大学,为他们提供了跨学科合作的平台。“在翔安校区的‘嘉庚创新实验室’方圆一公里之内,就能找到十几个不同学科的科研人员”。

洪文晶团队成员的学科背景十分多样,共涉及11个一级学科,甚至包括数学、机械、人工智能等,开展了物理、化学、生物、医学、电子学等交叉学科领域的研究。

对于学生而言,团队就像一个培养基,他们在其中不断汲取养分,并在这里成长为跨学科复合型人才。

实验室成立五年多来,人才培养硕果累累,已先后有5位博士后和博士生获得正式教职,3位博士后获得博新计划支持,近10位毕业生获得英国牛津大学、美国西北大学等博士后和全奖博士生的深造机会。

“π实验室”里的“W教授”

洪文晶的团队有一个与众不同的名字“π-Lab”,相比于“洪文晶课题组”,他和学生们都更喜欢这个象征着探索、极致、平等的名称。而洪文晶也喜欢学生亲切地称呼自己为“W教授”(Wenjing Hong)。

(“π-Lab”名片介绍图)

洪文晶非常注重培养学生的独立思考能力和动手能力。他的每位学生基本都要学习如何搭建仪器,如各种测量分子性质的仪器,甚至机械手和机械小车等。

而在“π-Lab”里,并不只有科研工作,中秋博饼、自主设计文化衫……科研以外的活动同样精彩。实验室的许多管理规则,都由学生自己设定;在“π-Lab”的QQ群里,学生甚至可以匿名“吐槽”洪文晶,他希望通过这种方式获得学生最真实的反馈。

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(学生自主设计的文化衫)

人才培养和科学研究的融合,取得了不错的效果。比如团队里的“学霸情侣”——蒋枫和郑海宁,在硕士期间分别作为第一作者,在国际一流期刊《德国应用化学》和《自然·通讯》上发表了两篇关于“量子干涉”的研究论文,并双双拿到了多个国外名校的offer。

“经过两年多的硕士研究生培养,我认为他们已经充分具备很多博士生应有的素质了。”洪文晶开心地说。

“我希望我们的很多同学,因为到了我们这个实验室,可以找到并且追寻自己的梦想。”每次迎来新生,洪文晶都会拿出可乐和薯片,在办公室坐下来跟新生们聊聊他们对未来的规划。

无论是出国留学、就业还是继续做科研,洪文晶都希望能尽力帮助学生实现梦想。他经常对团队里培养出来的更年轻的老师说:“你对学生好,为学生着想,他也才会更愿意去努力做好科研,来为实验室多做一些贡献。”

洪文晶也十分重视科学知识的普及工作。“社会公众是科研工作者的衣食父母,我们有责任去告诉公众我们在做什么。”

B站上知名科普up主的视频,他基本上都看过,希望通过学习别人的传播方式,做出让普通人能够理解的科普。目前他正在尝试以乐高的形式展现“无噪声实验室”的构造原理。

洪文晶希望能把更多的年轻人带到实验室里,让他们看看最先进的实验室是如何工作的,在他们心里种下科研的种子。

“就算他们长大了不做科研也没关系”,洪文晶说,“说不定到事业有成的时候,他们会因为这颗种子用自己的方式来支持科学研究和创新,这也是一件很好的事情”。

(文/史鹭佳 图/郭宸 叶恒 部分由受访者提供)

【责任编辑:张夏】

图文来源:厦大“W教授”和他的“π-Lab”-厦门大学新闻网 (xmu.edu.cn)

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