中外科学家开讲“科学讲坛”第二讲——微观世界魅力无限

2010-7-05 00:00 来源: 科技日报
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  纳米这一度量单位进入了科学和技术领域,产生了纳米技术。无论是一种变革还是进步,纳米技术被认为是本世纪最核心的技术之一。事实上,纳米技术远不止尺寸的更加细微,它几乎是一个可以无限多样的新基础领域,涵盖自然科学、数学、医学和工程学等。

  6月26日,记者有幸在中国科技馆“科学讲坛”上见到了两位与纳米科学结下不解之缘的科学家,一位是纳米科技开创者之一、诺奖得主海因里希·罗勒(Heinrich Rohrer)博士;另一位则是中国科学院表面物理领域的院士、清华大学薛其坤教授。

  从爱因斯坦到纳米技术

  “纳米技术是科学发展的自然阶段,它来自于科学家对未知领域的追求。”“自然界本身就是一个完美的纳米系统。”这是1986年诺贝尔物理学奖得主、来自瑞士的海因里希·罗勒博士关于纳米的描述。在这个由瑞士联邦政府科技文化中心组织的活动上,罗勒博士作了题为“从爱因斯坦到纳米技术”的报告,简要介绍了爱因斯坦的理论与纳米科学的关联,并通俗易懂地讲解了扫描隧道显微镜(STM)的原理和纳米技术的应用。

  罗勒博士是纳米科技的功臣,他和同事于1982年成功研发了扫描隧道显微镜。该仪器不仅使人类第一次能够实时地观察单个原子在物质表面的排列状态和与表面电子行为有关的物化性质,而且可以利用它在固体表面提取、搬运、堆积原子,建立原子尺度大小的图形和结构,为开展纳米科学研究提供了基础,在表面科学、材料科学、生命科学等领域的研究中具有重大意义和广泛的应用前景。从某种意义上来说,罗勒博士和同事开启了纳米研究的大门。  

  正是基于在扫描隧道显微镜发明方面的贡献,1986年,海因里希·罗勒与格尔德·宾宁等人共同荣获诺贝尔物理学奖。不过,谈到诺奖时,罗勒博士却表示,研制扫描隧道显微镜并非有意为之。实际上,罗勒博士是在做别的实验时,因为需要高精度的观测技术手段,才制造出5种不同的显微镜,而其中一种就是后来的扫描隧道显微镜。只不过,对科学高度敏感的罗勒和同事在使用新的显微镜时,对碰巧发现的一些有意思现象进行了深入研究,最终使人类第一次“看到”了原子。其后,科学家们沿着罗勒博士所讲的“看见、测量和理解”的轨迹不断发展纳米科学。  

  “没有原子、分子的概念就不可能有纳米技术。”罗勒博士用这样的论述来说明爱因斯坦对纳米世界的贡献。正是爱因斯坦对布朗运动的阐释,微小的物理和化学粒子这一模糊概念才转化为物质的基本结构——原子和分子,并得以被广为接受。在如今的纳米技术研究中,原子和分子已成为科学家日常的研究对象。这样的结果并非是爱因斯坦能预见和构想的,而是科学家对未知世界的痴迷与执着,以及对现实的不断超越造就的。 

  在回答提问时,罗勒博士强调了坚定的信念和开创性的思维对科学研究的重要性。他举例说,在他研发扫描隧道显微镜时,试验台的震动隔离是个难题,别人都告诉他这是不可能攻克的。但他仍然坚持不懈,并最终获得了成功。罗勒博士总结说,不要让别人告诉你什么是可能还是不可能,对于最终到达顶峰的人,或许曾经有10个人告诉过他这是不可能的。

  中国纳米技术期待由点及面的发展

  在罗勒博士演讲之后,中科院院士薛其坤教授作了题为“纳米科学的魅力”的报告。对于以表面物理和纳米科学等为主要研究领域的薛其坤教授来说,罗勒博士发明的扫描隧道显微镜是他主要的研究手段之一。因此,他从扫描隧道显微镜出发,介绍了纳米科学的诞生与发展过程、纳米科学的魅力以及对人类社会发展可能产生的影响。  

  由于在纳米科学领域的卓越贡献,时年仅41岁的薛其坤教授就当选中国科学院院士,成为当时最年轻的中科院院士之一。现任清华大学物理系长江计划特聘教授的他,在材料物理相关领域发表的论文被引用超过1300次,并因全同纳米团簇方面的工作获得过国家自然科学二等奖。  

  针对记者有关中国纳米科学发展现状及发展瓶颈问题,薛其坤教授谦逊地表达了个人的观点,“我国在纳米材料研究方面有了长足的进步,不过与美国等纳米科学全面发展的国家相比,我们还只是个别点上的突破。”

  至于我国纳米科学发展的瓶颈和薄弱环节,薛教授坦言,“我们在纳米研究所用的科学仪器研制方面亟待加强,目前我们90%以上的科研仪器需要进口。这与整个国家的整体科技实力有关。除此之外,我们还需要一批懂得如何很好地使用这些工具和仪器的人才。”

  纳米科学是目前我国少数能够在国际上取得前沿地位的科研领域之一,中国的纳米科学正期待着由点及面的发展。相信随着国家不断加大对纳米科学研究的投入,加强对纳米技术和产品的管理,稳步推进纳米研究成果的产业化,并正视纳米技术的潜在风险,中国的纳米科技一定会取得更加显著的进步,并在世界纳米领域占据更加重要的地位。

海因里希·罗勒

薛其坤