本刊记者  肖贞林

　
　　
　　在加州大学洛杉矶分校一间150多平方米的器件研究室里，一名博士后研究员，常常为了研究一个新材料，通宵达旦，甚至可以连续工作30个小时以上。这个“拼命三郎”就是如今南京大学电子科学与工程学院教授何亮。
　　何亮毕业于美国北卡罗来纳大学教堂山分校凝聚态物理专业，其间致力于通过分子束外延技术生长半导体薄膜材料，擅长研究材料的物理性质和制备微纳米原型器件。多年来，他共发表论文50余篇，引用1300余次，获得国际同行的广泛认可。他放弃了国外优渥的生活工作条件，毅然回到了祖国。在这里，开启了他人生新的篇章。
　　
累积跬步，终致千里
　　
　　1994年，18岁的何亮在全国化学竞赛中脱颖而出，获得一等奖，由此进入全国仅有20人的中国国家化学集训队。之后以此为契机，何亮免试进入了中国学子梦想的最高学府——清华大学。在清华园物理系的小天地里，何亮最早开始了对于科研的热爱与痴迷。本科期间，何亮立志于夯实基础，于是踏实求学，稳扎稳打，每年都凭借优异的成绩获得清华大学一等奖学金。何亮回忆道，“正是这段期间的学习奠定了后来的科研基础”。
　　走出清华园，何亮踏上了前往美国的求学之路。“对于科研的热爱是水到渠成，自然而然的。”何亮说，“没有很刻意地追求，只是跟着导师做研究，一步步走来，科研就放不下了。”对于何亮而言，清华园打开了他科研梦想的大门，而真正让他走进科研这扇大门的，应该是接下来长达14年的国外求学经历。
　　“2000年8月8日，因为是很特殊的日子，我的记忆很清晰。”何亮说道，“我来到了美国北卡罗来纳大学教堂山分校，师从著名学者Frank Tsui教授，攻读凝聚态物理专业的博士学位。”攻读博士期间，何亮主攻Si/Ge半导体薄膜材料的生长和器件应用，在世界上首次发现了基于第四主族(Si/Ge)的磁性半导体材料。在这之后，何亮开始在加州大学洛杉矶分校国际知名教授王康隆领导下的器件研究室做博士后研究员，主要进行有关拓扑绝缘体材料的薄膜生长和器件物理方面的研究。尽管在国外的求学经历十分辛苦，也很单调，再加上导师的高标准、严要求，何亮没少吃苦头，但也正是这段十分辛苦的科研经历，帮助何亮开拓了科研思维，锻炼了科研品质，养成了良好的科研习惯。
　　在此期间，何亮一直从事于有关自旋电子器件的薄膜材料生长和材料物理方面的研究，以分子束外延为核心技术手段，熟练掌握了从材料生长（合成）到输运性能、磁性能、磁光性能和晶体结构表征的一系列测量技术，并取得了创新性的研究成果，具备了独立开展科研的能力。在半导体材料、材料物理和自旋电子器件领域，其研究成果获得了国际同行的广泛关注和高度肯定。
　　2003年，何亮和其导师首次实现了用分子束外延生长以Si/Ge为模板的稀磁半导体材料，并创新性地引入Co和Mn同时掺杂的方法。何亮首次成功地生长了接近室温（TC～270K）的稀磁半导体Co0.12Mn0.03Ge0.85薄膜。这一发现使室温下的自旋器件成为可能，是稀磁半导体领域的一项突破，也让稀磁半导体的工业化迈进了一大步。
　　为了生长出完美的半金属材料，何亮和导师自主开发了世界上唯一的一套组合分子束外延系统。这套系统极大地提高了复杂材料的生长效率。利用这套系统，何亮成功地生长了一系列在Heusler合金理想成分附近的薄膜材料，并首次在实验上证实了几种具体的结构和化学缺陷，指出了由于衬底和薄膜之间的应力作用，晶体结构和化学结构最好的成分是Co0.62Mn0.15Si0.23，而不是理论预测的Co2MnSi。
　　2010年，何亮首创性地提出并成功实现用电场抑制拓扑绝缘体材料体态的导电性，从而加大表面态的电导率至50%。2012年，何亮首次用原位生长氧化铝的方法来阻止拓扑绝缘体的体掺杂，从而降低了体载流子浓度，进而表现出了表面态；同年，何亮和澳大利亚昆士兰大学的团队合作，通过Na掺杂，成功实现了本征的Bi2Te3纳米片，以及通过电场调节，实现空穴和电子导电的转换。2013年，何亮制备了磁性半导体和拓扑绝缘体的异质结构，实现了电场可调节的铁磁性, 并证明其机理为表面态空穴的RKKY相互作用。
　　
锲而不舍，可镂金石
　　
　　从2000年至今，何亮在拓扑绝缘体材料方面积累了丰富的薄膜生长、器件制备和表征的实验经验，获得了该领域专家的广泛认可。14年的海外留学经历，让本来就勤奋刻苦，热爱科研的何亮更加迷恋自己的工作。“我觉得科研是一生的事业。”何亮这样说道。2014年，何亮放弃了国外优渥的生活工作条件，回到了南京大学任职。“国内的科研环境非常好，具有很大的发展空间和发展潜力，我希望回国后能做得更好。”
　　他不是一个止步不前的人，对于何亮而言，科研才刚刚开始。鉴于他的研究领域主要集中在与自旋电子器件相关的薄膜制备、材料物理和器件物理上，回到国内后，何亮积极带领团队申请该领域的项目，立刻投入到了新的科研工作中去。
　　“拓扑绝缘体材料的研究工作，最初开始于2003年。斯坦福的张首晟教授最先预言了二维拓扑绝缘体和量子自旋霍尔效应的存在。2007，德国Molenkamp教授首次在HgTe/(Hg,Cd)Te量子井中间，通过实验实现了二维拓扑绝缘和量子自旋霍尔效应。”何亮讲述道，“从2007年开始，每年关于拓扑绝缘体的论文数量以50%的速度递增，仅2013年就有大约2000余篇。这个新兴的领域变成了极为热门的领域。”
　　对于拓扑绝缘体材料，目前的研究还主要集中在材料的制备和其基本物理性能方面。在材料研究方面主要集中在分子束外延生长的薄膜、化学气相沉积的纳米线/平板或剥离法得到的微米练级的薄膜上。这其中，又由于分子束外延生长技术的高精确度，可控性和容易生长各种掺杂，异质结构等最被看好。于是，何亮和他的团队希望采用分子束外延技术，来生长各种基于拓扑绝缘体的磁性薄膜以及超晶格材料，并且研究其生长机理和探索新型的应用。
　　对于项目的研究与跟进，何亮和他的团队做出了预期构想研究。
　　首先，他们的基础研究将关注本征拓扑绝缘体的生长。早在2010年，何亮就成功生长出非常高质量的薄膜材料，是世界上最早实现用MBE生长拓扑绝缘体薄膜材料的少数研究人员之一，是拓扑绝缘体材料生长方面的专家，因此，何亮计划带领团队进一步加强在材料生长方面的研究，研究其生长机理和探索新型的拓扑绝缘体材料。其次，他们将进行量子反常霍尔效应的研究，计划更加进一步系统地研究磁性掺杂的掺杂元素（Mn, Fe，Co等其他过渡金属）和浓度，对拓扑绝缘体的性能的影响。“目前，拓扑超导体的研究领域才刚刚开始兴起，有广阔的发展空间。”何亮说道。他们计划利用分子束外延技术生长薄膜材料、异质结和超晶格多层结构，深入研究其新物理现象，希望在这一新兴领域做到国际一流水平。再次，何亮和他的团队还打算开发基于拓扑绝缘体材料的纳米尺度的器件，包括零维的量子点和一维的纳米线/带。利用拓扑绝缘体表面态的电子自旋极化的特征，开发自旋场效应晶体管等自旋电子器件。
　　这些研究设想仅仅是何亮和他的团队研究项目中的一项，此外，他们还承担了国家重大科学研究计“低维磁性耦合体系的新物性及多场调控”，国家重大仪器研制项目“飞秒级时间分辨并自旋分辨电子能谱探测系统”，国家自然基金面上项目“有关新型磁随机存储器的新材料及新器件的研究”，国家重大科学研究计划子课题“自旋波电子学、材料、器件与物理”等。
　　“我们很幸运，可以踏踏实实地做科研。”何亮说，尽管每天的生活紧张又忙碌，但是他和团队却乐在其中。对于他们而言，科研没有尽头，过程就是意义。
　　
授业解惑，终为人师
　　
　　回国之前，何亮整体而言是以学生的身份在从事科研；回国后，则完全转变了身份，变成了传道授业解惑的老师。角色身份的转换，让何亮开始思考团队的管理与学生的教育。他希望自己的学生是真正热爱科研的，希望他们在科研中获得有价值的自我实现。
　　“我的导师对我影响很深，他们富有科研热情，而且动手能力很强。”何亮说，“所以我在招生的时候，一定要问学生是否真的热爱这个专业，一定要仔细考察他们的动手能力。”
　　科研是漫长枯燥的事业，没有足够的兴趣是没有办法走长远的，所以，兴趣非常重要。谈到这一点，何亮表示对一些不喜欢本专业的学生充满了担忧，作为一名教师，当何亮看到学生因为专业不对口而痛苦的时候，内心特别煎熬，“我一直在思考和努力，希望学校可以多一些途径，实现跨专业选课或者自由选修”，言语中是一位教师对学生深切的关怀。
　　“我对于学生的管理相对自由，我不想过多地限制和束缚，我希望他们在宽松的环境中学习工作。”何亮补充说道。在国外的科研工作经历让何亮明白了一个道理，科研应该是主动积极的，只有发自内心的热爱才能充分发挥主观能动性，积极有效地开展科研工作，被动或者约束对于科研没有意义。因此，何亮对于团队的要求是要定期交流沟通，解决科研实际工作中遇到的问题，其他的科研时间、方式都是充分尊重学生自由的。正是在这种游刃有余的科研氛围中，何亮的团队迅速成长，学生在承担的科研项目中扮演着越来越重要的角色。
　　同时，何亮也表示，在刚刚回到国内的最近几年，不会扩大团队的规模。“团队规模太大，不利于管理，也不利于学生的成长。”何亮希望依托南京大学自旋电子学国际联合中心建立一套独特的分子束外延生长系统，包括材料生长、原位的(in-situ)低温下的输运测量、光学测量，同时与国内外学者进行广泛合作，开展拓扑绝缘体的在自旋电子器件方面的研究。未来将会建立以分子束外延为主要技术的薄膜材料生长实验室，同时逐步扩展到其他生长手段，包括化学气相沉积法(CVD)、脉冲激光沉积(PLD)和高温烧结等，“在未来5年内，培养3～5名硕士或博士研究生，获得具有国际影响力的科研成果，是我的目标”。
　　如今的何亮，除了自己的科研工作外，最重要的就是学生的培养了。他时常思考学生的发展，希望他的学生可以踏踏实实做科研，能通过自己搭建的平台，真正成长为一流的科研人才。