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发布时间：2021-12-16
——记武汉大学物理科学与技术学院教授于霆
李可心
伴随着信息技术的快速发展和传统产业数字化的转型，全球数据量呈现几何级增长。在数据量需求的推动下，数据中心建设、5G建设等推动我国光通信行业持续健康发展。从芯片、器件、光纤光缆、预制棒到系统设备，我国已形成了完整的光通信产业链。然而，在技术与价值链上游的光芯片核心技术及光子器件高端工艺等领域，我国发展仍比较落后。数据显示，目前全球超过85%的高速芯片市场份额依然被国际大型光通信芯片企业所把持，如何实现核心光芯片自产自供，摆脱对外依赖，成为我国光量子通信行业真正做大做强的关键。
“芯”之所向，行之所至。当国家推动光芯片产业发展的召唤响起，远在新加坡求学和工作了20多年的于霆义无反顾地踏上了返程。对他来说，回国是迟早的事儿。在这个鼓点上达成夙愿，可谓是天时地利人和。
东湖之滨，珞珈山上，樱花绽放，这是于霆梦想再起航的地方。有了武汉大学物理科学与技术学院教授这一新身份的加持，凭借多年在领域前沿摸爬滚打积累的经验，他带领团队以二维材料为切入点，积极发展可集成高品质光源，破解当前硅光子学“缺芯”的难题，助推未来硅光集成、光子计算、量子信息等关键性领域的发展。
“做学问必须合乎自己的爱好，方可得益”
一部人类发展的历史就是一部改造自然的历史。每一次大的技术变革乃至社会变革，物理这门学科在其中都扮演着举足轻重的角色。作为自然科学的带头学科，物理学可以分为理论物理与应用物理两大类，而于霆的研究内容则属于应用物理领域。当被问及为何选择这个方向时，于霆说：“我认为，做学问必须合乎自己的爱好，方可得益。”
读小学时，于霆就对一本叫《奥秘》的期刊非常着迷。到了初中，接触了物理这门学科，于霆一下子就喜欢上了物理：在爬山时能感受势能，在游泳时则思考反作用力，在篮球场上还可以练习抛物运动……在兴趣的驱使下，于霆在物理学习的道路上不断前进。1994年，他凭借优异的成绩被直接保送到吉林大学首届物理基地班学习。“上大学后，学校会对物理学科进行具体的方向划分，而物理基地班主要侧重于理论物理方面人才的培养。经过两年的学习，我逐渐认识到我更愿意动手尝试，把物理知识运用到实际生活中。”于霆说。当时他都没有和家人商量，自己就直接转到应用物理专业。这也意味着他自愿放弃了直博理论物理方向的机会。“做出这个决定，并不是我一时的头脑发热，而是深思熟虑的结果。”于霆解释道，大二时，他们学了一门实践性很强的课程——“电子线路”。同学们都认为电子线路设计非常困难，但他却学得很快，还经常到实验室动手做研究。每次“电子线路”课程考试，于霆都能拿到高分，这让他坚定了学习应用物理的决心。
1999年，于霆远赴新加坡国立大学攻读博士学位。谈及这段经历，于霆笑着说：“其实我在本科时，对出国留学没什么概念。但当时很多同学都热衷于此，甚至在大一大二时就着手准备。我的一位大学室友对新加坡国立大学一直情有独钟，看我一直没有物色国外大学，就拉着我一起申请了新加坡国立大学。”就这样，于霆“稀里糊涂”地填了报名表，后来又和室友一起去北京参加新加坡国立大学的面试，并最终被顺利录取。
在新加坡国立大学读博期间（2000年—2003年），于霆跟随自己的恩师学习拉曼光谱，并开展拉曼光谱在纳米铁电钙钛矿、铁磁材料相变的研究。恩师所领导的课题组在拉曼光谱研究领域一直处于世界前列，并多次获得国家级研究奖。在其影响下，于霆一直坚持拉曼、荧光等激光光谱在新物理、新材料领域的研究，并取得了累累硕果，这也为他后期在相关领域深入开展研究埋下了伏笔。
博士后出站后，于霆留在新加坡成为南洋理工大学的一名老师。虽然他的研究水平完全能胜任助理教授一职，但由于其博士期间的研究都是在新加坡展开，并没有任何在美国或者欧洲的经历，学校只能让他从讲师干起。“根据规定，讲师既不能额外申请仪器设备，也不能带研究生开展科研工作。”于霆说，在这样的情况下，他只能凭着手里一个小小的加热台，利用实验室的一些公共设备去一点一滴地完成科研工作。
“不经一番寒彻骨，怎得梅花扑鼻香。”2008年，于霆在科研上取得了重大突破，并由此荣获了南洋杰出科研创新奖，学校也将他升级为助理教授。随着研究条件的不断改善，于霆相继主持了“用于光通讯的可集成二维先进光源”“调制石墨烯电子能态结构用于新型纳米电子、光子、声子学应用”等多项重大科研项目，科研经费累计金额逾1亿元人民币。多年间，他先后荣获得新加坡国家研究基金会研究员奖、杰出青年科学家、达沃斯论坛杰出青年科学家奖、新加坡物理学会纳米技术奖等多项荣誉，2017年获聘为南洋理工大学终身正教授。
就在于霆在新加坡的工作迎来收获期之际，2020年，他做出了一个让很多身边人惊讶的决定——回国。只因近几年他非常强烈地感受到祖国在芯片研发及产业领域受制于人的困境，从中兴事件到华为事件，中美两国体现在芯片上的贸易摩擦频频发生。上至中国政府、下至普通百姓都深刻意识到，中国自行设计、制造芯片已刻不容缓。市场的需求、政策的加持、科研的创新，在“中国芯”的呼唤声中，于霆踏上了归程。
“我在新加坡待了20多年，但护照上的国籍从没变过。我想着，只要我学成，时机成熟，随时都可以回国。”将手里还在进行中的科研经费超千万的项目以及辛勤耕耘15年、好不容易建好的实验室一 一转交给新加坡的老师后，于霆带着他的行囊，踏进了武汉大学的校门。
踏上突破光芯片瓶颈梦想征程
“武汉大学是一个文化底蕴非常深厚的学校。不论是实验室建设、合作渠道还是研究经费、学生素质等，只要有武汉大学在，一切就有了保证。”对自己的新东家，于霆充满了信任，虽然回国的时间并不长，但从实验室的建设、团队的组建到科研方向的布局等，一切都在紧锣密鼓地筹备中。于霆希望针对传统激光器和光波导等有源和无源器件在低维尺度难以满足高性能、高集成度、低功耗等综合需求的问题，解决阻碍低维光电子器件进一步微型化和集成化的瓶颈问题。
之所以有这样的底气，则得益于于霆多年来在相关领域的科研探索。早年他长期从事二维材料物性研究与调控，及其在微电子、光电子、光通信等新型、高效器件方面的应用开发。尤其在可用于新一代信息通信的二维材料的光学、光电特性等领域，他做出了许多引领性工作，如首次研制出室温下超低阈值二维（WS2）面发射激光器；设计、研发二维手性发光二极管；通过改良传统化学气相沉积系统，率先成功制备大尺寸单层且单畴二硫化钨，首次使用荧光光谱在二维半导体（WS2）中发现双光子发射；发展原位显微光谱技术，探究转角、应力、杂化等对二维材料物性调控；揭示以过渡金属硫化物为代表的二维半导体材料的光学/光电特性；通过应力、温度、电场、磁场、层间相互作用等实现物理性能调控等。多年来，于霆先后发表SCI论文300余篇，他引28000多次，H因子89，百次以上引用论文80篇，多次（2017—2020年）入选全球高被引科学家。此外，他还共同编著《近场光学影像》《二维碳材料基本特性、制备、表征和应用》等著作。
“积土成山，风雨兴焉；积水成渊，蛟龙生焉。”过去数十年的积累，换来了居于前沿的先进技术和能力、对趋势敏锐的判断力和洞察力，还有在国内外相关领域积累的广博的资源和人脉，于霆希望把这些都一一带回国家，带给武汉大学，授予自己的后辈，为国家打赢这场芯片之战创造“绝地反击”的机会。
欲行事，先树人。如果非要让于霆给出他执意要回国的答案，那就是情怀。或许在很多人眼里，这个词很虚，但对他来说是发自内心的真诚。这是他多年在外，时间越久，越加珍惜和看重的精神内核。所以回国之后，于霆笃定首先要把这份精髓传承给自己的学生。“无德则不足以树人，育人根本在于立德。”只有贯彻立德为先、修身为本的育人理念，才能为国家培养具有大爱、大德、大情怀的社会主义建设者和接班人。“培养学生要将个人成才与时代需要紧密结合。要让学生们深刻认识到民族复兴的重任和面临的国际环境挑战，不断训练他们在逆境中砥砺前行的韧性，培养青年一代甘于寂寞、勇于创新、敢于担当等中华民族传统美德。”结合20多年的海外求学、工作经历的感悟，将在国内外积累的先进团队建设经验和科研创新策略，以及国际化科研创新管理经验和鼓励创新理念深深地融入到武汉大学文化传承中。于霆希望以此为基，为我国光通信产业之崛起源源不断地培养下一代研发人才。
一个人走得快，一群人走得远。于霆深知建设学科团队的重要性。近段时间，他和新成员们一起立足当下，谋划未来，通过系统整理领域的最新科研成果，紧跟领域科学发展趋势、知识及教学前景，积极探讨和谋划本学科发展规律和走向，从而建立和细化新的学科方向，推进我国在二维材料光学、光电子学、微电子学及相关交叉学科的发展和建设。一支由优青（含海外）、杰出青年教师、博士后、博士生、硕士生组成的多层次人才、交叉学科背景的科研梯队正在组建并初具规模。
“要有眼界和胸怀”，多年在外的经历和感悟，让于霆深知要推进中国的芯片产业发展，绝不是关起门来闭门造车，而是要携世界之手共同进步。他希望积极参与到相关学科领域中国学术期刊的创立、建设和发展中，为发出中国强音贡献己力。同时他也计划多组织具有影响力的国内外学术会议，扩大我国自主研发成果科研影响力。他本人已和多位诺奖得主、国内外院士团队建立长期、活跃的合作，今后将继续加强、发展同国内、国际前沿科研团队的合作关系。团队计划每年派遣团队内青年教师成员和优秀硕博研究生进入这些先进研究团队进行合作研究和联合培养，以期产出具有重大国际影响力的研究成果和开阔团队人员的国际视野。
解决了后顾之忧，于霆相信自己未来的芯片攻坚之路会越走越顺畅。如今，他正带领团队延续和加深在低维度信息材料基础特性领域前沿研究，加速拓展其在光学、光电子和微电子等信息领域交叉应用研究。团队计划瞄准高质量晶圆级二维半导体制备，有针对性地使用单晶金属基底上晶畴定向生长及有机金属化学气相沉积（MOCVD）等技术，同时开发无损、洁净转移技术，从而最大限度地抑制缺陷形成及提高载流子迁移率；发展高出光效率发光器件结构和高品质因子光学微腔制备技术，实现高效耦合发光器件；通过界面耦合分析，探究多层高质量二极管及激光器的最优集成结构和电光驱动架构，提出多层高阶异质结制备参数工艺流程，实现低维光源器件垂直及片上集成。等待他们的，是一个又一个等待突破的难关。
尽管任务繁重，但内心强烈的责任感和使命感驱使着于霆不断前进。“之所以光通信成为所有网络构成技术中降价最慢的领域，光器件是瓶颈，而光芯片是瓶颈中的瓶颈。”于霆说，在传输系统、核心路由器、FTTH（PON）、光芯片这些方面，光器件成本占比高达70%～80%，而二维材料的出现给突破光器件的瓶颈带来了希望。“借助武汉大学这个强有力的平台，我将带领团队延续和加深在低维度信息材料基础特性领域的前沿研究，并不断加速拓展其在光学、光电子和微电子等信息领域的交叉应用。我相信，一个‘光联万物’时代终将到来！”
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