物理结硕果 表面生新枝——记中国科学院物理研究所研究员郭建东

本刊记者 姜晓宏

物理结硕果 表面生新枝
——记中国科学院物理研究所研究员郭建东

本刊记者 姜晓宏

专家简介：

郭建东，中国科学院物理研究所表面物理国家重点实验室主任。1996年于中国科技大学本科毕业，2001年于中国科学院物理研究所研究生毕业，获得理学博士学位。同年赴美国田纳西大学及橡树岭国家实验室作博士后研究。2005年回国工作，获得中国科学院“百人计划”支持。现任中国科学院物理研究所研究员、学术委员会委员、课题组长；中国物理学会表面与界面专业委员会秘书长；国际学术期刊International Journal of Modern Physics B、Modern Physics Letters B和Frontiers of Physics编委。

访问中国科学院物理研究所表面物理国家重点实验室的网页，首页上赫然显示出这样几个醒目的大字：物理结硕果 表面生新枝。这是诺贝尔物理学奖得主李政道先生1992年为表面物理国家重点实验室所题的字。而这几个字，恰好可以用来概括现任实验室主任郭建东在物理学研究领域所走过的道路。

科学殿堂露锋芒

郭建东1996年毕业于中国科技大学物理系，从一名普通的大学毕业生，成长为国家重点实验室的主任，这中间有多远的路要走？而他，从高中开始，就对物理学产生了浓厚的兴趣，注定要走上物理研究这条道路。

“我觉得国内高中物理的教学是很成功的，物理教材的内容深入浅出，非常有趣，它避开了繁琐的数学公式，直接呈现给你许多新奇的物理现象和规律，使你感觉到严谨的物理科学离我们的现实生活并不遥远，引发了我最初的探索兴趣。”

大学毕业之后，郭建东报考了中国科学院物理所著名学者王恩哥的研究生。“当时对物理的学科分支并不十分了解，但王恩哥院士一句，‘以后就跟着我干吧’，让我觉得特别踏实，也就踏踏实实的在中科院物理所读完了硕士和博士课程。”

有了浓厚的兴趣支撑和知识渊博的导师指导，求学生涯就变得短暂而充实。在学校，郭建东如饥似渴地吮吸着知识的甘露，让理想的种子破土而出。从1996年起，郭建东就开始了在轻元素化合物低维结构的可控生长与新奇性质上的研究，至2001年博士毕业，他主要利用热丝化学气相沉积技术生长高定向BCN纳米管阵列与异质结构，并研究纳米管成分对其电子场致发射和光致发光性质的影响。其间，郭建东赴香港科技大学物理系联合培养一年，利用近场光学显微镜和远场光谱仪研究碳纳米管的光致发光性质及其各向异性。2001年，郭建东完成了中科院物理所的博士课程，用一篇《轻元素多元纳米管的研制和光致发光性质》的毕业论文为自己的博士生涯画上了完美的句号。

“王恩哥院士是迄今为止对我学术研究道路影响最大的人之一，他在科研上会给你很大自由，任你发挥，他并不喜欢干涉具体的研究计划，但是他非常注重对学生和团队成员基本素质的培养，你知道他始终在背后默默地关注着你的工作和生活，哪怕是很细小的成功或挫折。”

“王老师说过的对我影响最为深刻的话就是：‘一定要放眼世界，在自己的领域做到最好。’这不仅成为了我个人奋斗的目标，也代表着我作为物理学工作者对工作、生活态度的理解。”

博士毕业之后，郭建东被推荐到美国田纳西大学及橡树岭国家实验室作博士后研究。在那里，郭建东主要利用分子束外延和超高真空扫描隧道显微镜方法，研究半导体表面与金属/半导体界面的微观结构及其金属-绝缘体相变等相关现象的机理。并且发展了超高真空变温四探针表面电输运测量系统，结合远红外光电导测量，研究表面低维结构中的临界现象。

“幸运”、“有趣”，郭建东这样形容在美国的经历。“正是因为有了超越自我，追求极致的信念和目标，使我感觉每天都有新东西可学，每天都有新的追求，而且能够结交很多有着不同文化背景和宗教背景的优秀的朋友，这一切大大丰富了我的人生阅历。”

事实上在美国，郭建东的事业已做得风生水起。而他本人，却愈发想要为国家做些事业。“胡马依北风，越鸟巢南枝”。人在远离家乡故国的时候才往往发现自己对乡土的热爱。

2005年，郭建东获得了中国科学院“百人计划”的支持，加入中科院物理所，自主设计并建成了超高真空低温扫描隧道显微镜-氧气分子束外延-四点微探针电输运测量联合系统，主要研究分子束外延生长氧化物单晶薄膜、异质结构等的原子级精确控制方法，以及氧化物表面的新奇量子现象。目前已经完成并启动多项国家重大科研项目。

研究示范树榜样

“您科研的领域是表面物理的实验研究，那么表面物理是研究什么的呢？”

“表面物理是上世纪60年代后期发展起来的一门交叉学科，与材料、化学以及电子器件的发展密不可分，同时也对这些学科发挥着巨大的推动作用。表面科学的研究对象是材料表面几个原子层之内的区域，很难进行直接的观测，但是材料“表面”的性质与其内部有着明显的差别，例如：很多半导体材料表面的原子排列与体内不同，一些化合物表面的化学成分与体内不同，材料表面还能吸附外来的原子或分子形成有序或无序的覆盖层等等。”

“那表面物理这一学科与我们的实际生活有什么关联呢？”

“可以说，大多数物理、化学现象都可以描述为一系列表面过程，至少与其有关。一个经典的例子就是德国科学家Gerhard Ertl对合成氨反应中铁催化剂表面吸附、分解、化合、脱附等一系列过程能量的分析，完美地描述了这个复杂而又非常重要的化学反应，他也因此获得了2007年诺贝尔化学奖。近年来表面物理的研究还和微电子工业的发展紧密相连。简单来说微电子器件就是具有开关特性的不同半导体材料的界面，随着器件单元尺寸的不断减小，它们所组成的集成电路功能更加强大，但是表面、界面特殊微观过程的效应也日益显著。通过对器件材料表面的研究，表面物理可以对器件质量做出评价，提出优化器件功能的制备方法，而对表面、界面新奇量子现象的探索还将导致新型器件原理和结构的提出。表面物理学已经和材料科学、半导体物理学、催化化学等领域紧密地结合在一起，而表面物理研究所涉及的方法更广泛地应用于其它学科，所以表面物理学是一门综合性很强、重要性日益显著的学科。”

金秋的收获与微笑，永远为了填满更多期待的谷仓，为了给更多人铺设通向美好未来的坦途，作为表面物理国家重点实验室主任，郭建东惜才、重才、爱才，十分注意年轻科研人员的培养，注意在工作中发挥他们的积极性，常常给予技术上的指导，思想上的帮助，生活上的关心，使他们热爱科研事业，肯于钻研技术，快速成长。

据郭建东介绍，表面物理国家重点实验室着重于通过实验与理论的密切结合，开展与信息科学、纳米科学和能源科学有直接联系的表面/界面研究。实验室近五年来发表文章约500篇，申请专利数十项，在表面物理相关学科的一些领域取得了重要进展。研究工作得到了国内外学界的一致认可，曾多次获得集体和个人重要奖项，如国家自然科学二等奖（2004年1项，2011年2项），中国科学院杰出科技成就集体奖（2005年），德国洪堡基金会（AvH）洪堡研究奖（王恩哥院士，2006年），何梁何利基金科学与技术进步奖（薛其坤院士，2006年），第三世界科学院院士称号（王恩哥院士，2008年）等。

“尽管王恩哥院士和薛其坤院士现在一个在北大，一个在清华工作，但他们为实验室做出的卓越贡献为我们现在的发展打下了坚实的基础，而且现在他们仍然一直在学术上给予我们重要的支持和帮助。”

关于未来，郭建东说他近期主要的研究方向是对氧化物人工低维结构的精确控制生长及其新奇物理现象与性质的研究。他领导的团队将利用扫描隧道显微镜（STM）、分子束外延（MBE）等手段，发展对氧化物薄膜、表面与界面的可控构造方法，发挥表面物理基础研究的优势，研究提高复杂过渡金属氧化物（TMO）人工低维结构优异性能的途径；同时发展更为有效的高分辨率综合表征方法，在基础物理的层面探索人工设计、调控TMO低维结构的方法与原理。

物理科学研究之路坎坷而漫长，郭建东从踌躇满志的科大学子到学识渊博的国家重点实验室主任，历经岁月的磨砺，内心仍然平静而清澈。面对神秘莫测的物理世界，他的思考与探索从未停止，未来，他还将在这条道路上，继续前行。