刘杰:女核物理学家的科研人生

2011-11-30 08:25 来源: 科学时报
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  记者在兰州中国科学院近代物理研究所见到刘杰时,一时很难将眼前这位年轻美丽的女子,与采访名录上“核物理学家”的称谓联系在一起。尽管她素面朝天,几乎是不加修饰,但也很难掩盖身上散发出的淡定和从容。

“不把自己当女生看——这就是我的秘诀”

  女生搞近代物理研究,并不为人看好:女生做实验能值夜班吗?那么多精密仪器能操控好吗?外表瘦弱的刘杰,身上有一股谁都拗不过的倔劲。“我算不上聪明,但我能坚持。你值班我也值班,你拉电缆我也拉电缆,力气上肯定拼不过,其他方面能拼的我就去拼。”

  1999年在近代物理所博士毕业之后,刘杰到德国重离子研究中心(GSI)做博士后。刘杰的实验需要用重离子轰击石墨,留下的径迹只有2~3纳米,必须用高分辨率仪器才能看到。仪器特别敏感,连人员走动产生的环境信号,都对它干扰明显。白天干扰信号太多,她就在夜深人静的时候做实验。大半年,刘杰每晚都重复着单调乏味的操作。

  2000年冬天的一个深夜,刘杰终于获得了一张异常清晰的图像。她的导师纽曼教授拿着那张图像,连连惊叹:我们用这台仪器做实验五六年了,从没拿到过这么好的图像!

  除了在德国重离子研究中心,刘杰还在东京大学和马普海德堡核物理研究所等知名科研单位,通过扫描探针显微镜、超高分辨透射电子显微镜等观测手段,从原子尺度上认识了潜径迹的基本特征,观测到了缺陷周围电子密度超结构,又在石墨中观测到了新相态—纳米金刚石的形成,并从理论上进行了解释。这些成果,得到国内、国际同行的一致认可。

  “女生在物理学界要是不投入更多的精力,没办法作出好成绩。总是把自己当女生看,那也作不出好成绩。”刘杰说,“不把自己当女生看——这就是我的秘诀。”

“让核物理造福人类”

  刘杰在学术上时刻瞄准国际的前沿领域。这几年她带领团队注重发展核物理的应用研究。“重离子辐照材料形成的潜径迹,经过化学蚀刻,可以形成大小可控的通孔,这就是核孔膜,能够应用于生活的很多方面,例如,能用在防伪、过滤、电池隔膜、微量探测等领域。”课题组与清华大学合作,在兰州重离子加速器上建造了一条核孔膜的辐照束线,形成了每年能够辐照几十吨聚合物薄膜的生产能力。

  研究组基于重离子加速器拓展了纳米材料的新制备技术,利用离子径迹模板法制备出Au、Ag、Cu等多种材质的金属和半导体的纳米线,实现了对纳米线晶体结构、取向、尺寸的可控制备,制备出空心、实心、锥形等多种形态的纳米线。

  特别是对纳米线作了电学、光线、磁学、力学性质的系统研究,形成了一支掌握纳米材料独特制备技术的研究队伍。

  刘杰主持的“西部之光”项目“重离子径迹中纳米微针的形成和制备”,取得一系列具有国际先进水平的科研成果。金纳米线阵列的相关研究成果已在期刊Nanotechnology上发表。

  随着半导体器件集成度的不断增加,在空间辐射环境下更容易出现单粒子效应,单粒子效应的出现可能导致卫星上的电子学系统出现软的或者硬的错误,将对在轨运行的航天器构成很大的威胁。“我们现在遇到的问题是,卫星虽然上天了,但其寿命问题却没有很好地解决。卫星运行的安全、可靠、长寿命等问题都有赖于基础研究。”刘杰说。

  近年来,刘杰团队依托国家大科学装置——兰州重离子加速器,与国内30多个单位合作开展元器件单粒子效应的地面模拟试验,为我国航空航天事业的快速发展作出了贡献,也为未来深空探测提供了研究基础。

“一个人的能力是有限的团队的力量才是无穷的”
 

  作为一“家”之长,刘杰关心着每一个人。一位年轻人的父亲生病需要钱做手术,刘杰得知后,立刻到银行取款帮助老人顺利住院手术。她为了让老师每天多喝开水,特意为老师买了一个精致的杯子,专门放在她的办公室,每天老师来讨论工作时,她都要先送上一杯香浓的茶。

  刘杰记得家人同事每人的生日,唯独自己的记不住。“2008年的2月18日,正好是我的生日,同事们悄悄地安排了一个生日Party。加速器数据获取室的灯忽然黑了,每个人都拿着蜡烛进来,望着他们一张张可爱、可亲的脸,我情不自禁地流泪了,那也是我长大以后唯一的一次流泪,我打内心里感谢他们。”刘杰说,她在工作中从来没有哭过,唯有这次例外。

  刘杰根据每个人的特长,分配适合的工作,鼓励并信任年轻人,敢于给他们压重担子。在承担的院创新项目中,各子项目都是让年轻人独立负责的。在加速器实验中都是让年轻人担任值班长,使他们在实践中锻炼成长。

  刘杰关注每个人的发展,为青年人提供出国机会。短短几年就有2名年轻人获得在德国留学1年的机会,2名博士生去法国参加讲习班,1名博士生去德国参加讲习班,2名博士生去德国参加3个月的实验,1名博士生去俄罗斯访问。刘杰领导的这个研究集体2011年被甘肃省总工会评为“劳动先锋号”。

  现在,刘杰这个团队又扩大了,今年研究所为适应科研工作的需要,进行了组织机构的改革,成立了材料研究中心。刘杰受命担任材料研究中心的主任。

 
“我知道孩子和工作都很重要”

  在刘杰从事的这个领域中,女科学家比例很少,只有不到1/10。居里夫人是她崇拜的偶像,德国女科学家克里斯蒂娜则是她的挚友,刘杰和她有一个德国教育与研究部的合作项目,且有研究生互换。克里斯蒂娜是3个孩子的母亲,“我认识她很多年,她是能将科研和生活都照顾得很好的人,一般人不容易做到。我从德国走的时候,她会送给我她亲自做的点心和果酱,以及写着祝福的卡片”。

  同为母亲,刘杰说自己只做了3年好妈妈。“在女儿三岁之前,我把精力都放在孩子身上,那3年我没有出过差,只有那段时间我才像一位很好的母亲,可是孩子三岁之后我不得不把她送去西安,交给她爷爷奶奶照顾。”

  在女儿小徐晨长大的那些年里,刘杰有近四年的时间是在德国实验室。2004年暑假,刘杰带着女儿参观德国实验室——在中国,孩子很难有机会接触到先进仪器。刘杰回忆起和孩子在一起的时光,脸上总是溢满幸福的表情,“我教她先拿下一根头发,喷上一层金属,让头发导电,装好样品,孩子很兴奋,那是她第一次看到大显微镜下头发的样子,发现原来头发并不是圆柱状的,而是表面带有毛鳞片的”。