陸衛(wèi)（右一）和同事交流超分辨紅外近場納米熱成像研究進(jìn)展。 受訪者供圖

“我心里一直有一個聲音，做基礎(chǔ)研究就要在底層原理做出跟別人不一樣的東西，這個愿望非常強(qiáng)烈。我也知道這么做很可能失敗，但這已經(jīng)成為我的職業(yè)習(xí)慣。”中國科學(xué)院上海技術(shù)物理研究所研究員陸衛(wèi)深知，底層原理決定技術(shù)的“天花板”，只有發(fā)現(xiàn)新的原理，才可能產(chǎn)生顛覆性技術(shù)。

空間紅外探測器是衛(wèi)星的“眼睛”，陸衛(wèi)帶領(lǐng)團(tuán)隊(duì)實(shí)現(xiàn)兩次重大跨越——洞悉“暗電流”之源，“看”得更清；突破靈敏度極限，辨得更明。

30多年來，懷揣“非常強(qiáng)烈”的科學(xué)追求，陸衛(wèi)一直埋頭趕路，“苦中亦有喜樂之趣”，只要一抬頭，那無垠星空就是他的夢想所在。

“看”得更清辨得更明

“暗電流”是一道世界性難題。

20世紀(jì)四五十年代，隨著第一代紅外探測器的發(fā)明應(yīng)用，科學(xué)家們很快發(fā)現(xiàn)，即使將探測器完全置于絕對黑暗中，仍然會測量到電流信號。這種“內(nèi)部噪聲”會干擾對微弱紅外信號的探測。這個電流存在于黑暗中，故被稱為“暗電流”。

在對半導(dǎo)體界面的光譜研究中，陸衛(wèi)逐步建立了“電子局域化操控”理論，不再將電子簡單地視為均勻的，而是聚焦于局域化電子的特定行為，并尋求主動“操控”它們。陸衛(wèi)提出了被稱為第四類躍遷的準(zhǔn)束縛態(tài)躍遷模式，并指導(dǎo)團(tuán)隊(duì)驗(yàn)證了這一躍遷模式大幅抑制“暗電流”的優(yōu)勢。這一工作獲得國家自然科學(xué)獎二等獎。

但這對于陸衛(wèi)來說還是不“解渴”。有沒有可能看清楚“暗電流”究竟是怎么隨機(jī)運(yùn)動的？當(dāng)時全世界都沒有這樣的儀器。在強(qiáng)烈的“想看一看”驅(qū)動力下，陸衛(wèi)帶領(lǐng)團(tuán)隊(duì)研制起了觀測設(shè)備。

一根頭發(fā)絲直徑大概70微米，陸衛(wèi)團(tuán)隊(duì)研制的電子溫度成像顯微鏡可以觀測到50納米尺度，比頭發(fā)絲直徑的千分之一還要小。這時候有趣的現(xiàn)象出現(xiàn)了——半導(dǎo)體溝道的電子并不按照傳統(tǒng)的焦耳定律耗散能量。

“只要看到不能解釋的現(xiàn)象，就會心潮澎湃。這是上帝打開了一扇小窗，讓你看了一眼，很多人是無緣看見的�！标懶l(wèi)說。

又經(jīng)過一年多對這一不尋�，F(xiàn)象的探究，這一顛覆底層物理認(rèn)識的創(chuàng)新成果發(fā)表于國際權(quán)威學(xué)術(shù)期刊《科學(xué)》，這也是以工程見長的上海技物所建所67年來發(fā)表在該期刊的第一篇論文。

對于空間遙感探測來說，看到物體的形狀只是第一步，關(guān)鍵是要分辨物體的成分。

在長波紅外波段，環(huán)境中存在大量的背景輻射，這使得探測器的像素容易瞬間被背景輻射光子塞滿，無法裝下目標(biāo)信號。這是紅外領(lǐng)域另一道根本性難題——“背景限制”。

為破解這一難題，陸衛(wèi)借鑒“臨界耦合模式”，提出了光電臨界耦合模式�！芭R界耦合并不是我們提出來的，但將這一概念用到探測器上，使之具有顛覆性功能，是我們第一次實(shí)現(xiàn)�！标懶l(wèi)說，這需要廣泛的科學(xué)視野，對其他領(lǐng)域的工作“觸類旁通”。

光電臨界耦合模式的應(yīng)用，使得團(tuán)隊(duì)研制出單片集成56光譜通道的新型紅外焦平面器件。如今，該器件已應(yīng)用于遙感三十七號衛(wèi)星，用戶評價其效果為“開創(chuàng)性突破”。

“跨域”搞研究

30多年如一日從事基礎(chǔ)研究，苦嗎？

陸衛(wèi)告訴記者，在“巴斯德象限”中實(shí)踐，苦中亦有喜樂之趣。因?yàn)樽龅氖敲嫦驀�家重大需求難題的基礎(chǔ)研究，有獲得新認(rèn)知之喜，更有變革性解決需求之樂。

“巴斯德象限”是科學(xué)研究的一種分類模型，特指應(yīng)用目標(biāo)驅(qū)動的基礎(chǔ)研究。微生物學(xué)家巴斯德正是此類研究的典范——既深化了對發(fā)酵機(jī)制的認(rèn)知，又直接改良了釀酒工藝。

這正是陸衛(wèi)一直以來的“孜孜以求”。

曾經(jīng)有一段時間，物理學(xué)被認(rèn)為黃金時代已經(jīng)過去。但陸衛(wèi)堅(jiān)信，物理學(xué)的重要性不可替代，尤其在支撐國家戰(zhàn)略技術(shù)方面。

在“巴斯德象限”實(shí)踐中，陸衛(wèi)十分重視“跨域”。在德國布倫瑞克工業(yè)大學(xué)深造時，他就跨域做了一個跟磁學(xué)相關(guān)的自旋鏈工作。此前，光譜研究出身的他對此幾乎一無所知。陸衛(wèi)沒有畏難，實(shí)現(xiàn)了對諾貝爾物理學(xué)獎核心成果“霍爾丹猜想”的光譜學(xué)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。

陸衛(wèi)團(tuán)隊(duì)里，既有做傳統(tǒng)光電器件的，也有探索光學(xué)前沿的。他總是鼓勵不同方向的研究者要多交流，以探尋跨域的可能性。

對于跨域的AI技術(shù)，陸衛(wèi)也早有關(guān)注。他提出構(gòu)建紅外材料大數(shù)據(jù)模型，帶領(lǐng)團(tuán)隊(duì)開展下一代面向紅外芯片的光譜與界面功能關(guān)系研究。

敞開兩扇“門”

陸衛(wèi)有一個多年的習(xí)慣，只要他在辦公室，門就一直敞開著。陸衛(wèi)學(xué)生、上海技物所在站博士后金融說，“這扇開著的門，讓我們感到安心和踏實(shí)，如果有什么問題和想法，可以直接走進(jìn)去。”

為何要把門一直敞開著？“敲門是要有膽量的，有些孩子鼓足勇氣走到你門口，很可能想敲門手又縮回去了。學(xué)生思想很活躍，和他們交流相得益彰�！标懶l(wèi)說。

敞開著的，不僅是物理意義上的門，科學(xué)研究的門也是如此。

翁錢春多年前剛做研究生時，陸衛(wèi)一開始安排他做紅外光譜方向，這是課題組的優(yōu)勢所在。但他出于個人興趣，想做基于半導(dǎo)體量子結(jié)構(gòu)的單光子探測器。“我沒想到陸老師竟然同意了，畢竟這關(guān)系到組里科研布局。這對當(dāng)時年輕的我來說，是很大的激勵。”

“我現(xiàn)在63歲了，還不斷看到一些無法理解的物理現(xiàn)象。這就得慢慢磨了，什么時候能磨出個道道，也不知道�！标懶l(wèi)說，這也許就是科學(xué)研究的魅力所在，喜樂之趣所在。（記者 黃海華）