上海大学尹鑫茂首创光谱学方法，打开量子材料基础研究新篇章

·“做科研一是天赋要好，二是要有运气，三是要能长久坚持。三个条件缺一不可。”

上海市高温超导重点实验室教授、上海大学物理系副主任、超导与凝聚态物理所所长尹鑫茂

2004年，英国物理学家安德烈·海姆和康斯坦丁·诺沃肖洛夫发现，用普通胶带在石墨上反复撕离可以获得石墨烯，并因此获得了2010年诺贝尔物理学奖。石墨烯只有一个碳原子的厚度（约0.34纳米），因此也被称为二维量子材料。它的发现让此前一些只存在于理论之中的量子效应能够实验验证，也让电池、CPU芯片等电子器件有了提升导电性能、缩小体积的巨大潜力。现在，距离真正的“石墨烯电池”应用仍较为遥远，通过物理学基础研究，深入了解和掌握石墨烯材料的性能，仍然是将石墨烯材料正式应用到产业中不可绕过的一环。

尹鑫茂从事的正是这一环量子材料的基础研究。尹鑫茂是上海市高温超导重点实验室教授、博导、国家级青年人才，现任上海大学物理系副主任、超导与凝聚态物理所所长，旗下团队在国际上首次研发出新型量子材料的宽波段光谱学研究手段。与其他探测手段（如电子）相比，光谱学研究方法不破坏检测物质，也不需要极端的测量条件，探测成本不高，操作方便，因而具有独特的优势，可以更好地研究包括石墨烯在内的新型量子材料的性能及机理。2022年8月，尹鑫茂因这一技术突破入选“上海科技青年35人引领计划”。近日，尹鑫茂与澎湃科技展开对谈，介绍了他将光谱学方法应用于二维量子材料的研究历程。

首度将特殊光谱学方法用于二维材料

尹鑫茂2010年起在新加坡国立大学物理系攻读博士，期间参与到新加坡同步辐射光源国家实验室的工作后，研究一直围绕着光谱学展开。2015年起，尹鑫茂跟随中国激光与光电子学专家、工程院院士范滇元进行了2年的博士后研究，将光谱学更多应用到二维材料的研究上，同时拓展二维材料的应用和波段，这为尹鑫茂的研究之路打开了新的大门。2017年后，尹鑫茂开始对二维量子材料的光谱学进行深入的研究与探索。二维材料只有原子级别的厚度，对其进行光谱测试也是一个不断探索的过程。多年来，尹鑫茂不断探索如何利用宽波段光谱测量二维材料，并提高二维材料的反射率，从而让这种特色的宽波段光谱能更好地应用于这些材料的测量。

每一台光学仪器只能观察光的一个波段，不同的光学仪器测量的波段都不一样。尹鑫茂的独创性在于，通过物理建模和一系列数学方程，将多台仪器观测到的不同光学波段进行叠加组合，从而构建出更大的光波能量范围。由于石墨烯、超导材料等量子材料的重要特性是电子间的相互作用非常强，而不同的量子态可能在不同的能量波段才能观测到。通过扩大观测的能量范围，可以观测到更多的量子态，研究它们相互之间的作用，从而更好地理解量子材料的一些物理机制。

光谱学的研究关键在于如何把每一段光波对接起来。尹鑫茂打了个比方，“就像我想要画一个人，一台仪器只能画手、另一台仪器只能画脑袋，如果只把这两台仪器的结果放在一起，是无法拼成一个人的，因为你可能把手放在了脑袋上。”尹鑫茂解释，“你要先知道人是什么样子，看穿不同仪器检测成果之间的本质，再去建模，从而把它们拼成一个完整的人。”尹鑫茂接着解释说，假设有五六段光波需要连接，首先要找到第一段和第二段的对接方法，然后再找到第二段和第三段的对接方法。这时如果二和三调整了，一和二也要相应调整，不然就会断开，这个寻找对接方法的过程需要长期不断地调试和坚持，“基础研究的特征就是你不会立刻看到结果，不会像工程技术那样10年内立刻就能看到巨大的提升，要研究就得持续投入。”

“我读博士的时候，整整4年一篇文章都没发表，因为我一直在做建模，一直没有成果，相当于在从0到1地创造一个东西，连界限都没有。做基础研究就像写代码，你要不停写，找到一些漏洞，然后再去修补。”尹鑫茂表示。但光谱学方法被证明成功之后，尹鑫茂的科研之路瞬间开阔了。仅过去5年里，他就发了60多篇有突破性的论文，“因为这种方法是独有的，别人需要来找你合作。”

对外输出技术协助科研和检测

2021年尹鑫茂回国入职上海大学以来，利用自己的光谱技术发表了高水平论文20余篇。并以第一/通讯作者身份分别在Science子刊Science Advances、Nature子刊Nature Communications等国际顶级期刊发表高水平论文6篇，多项研究成果多次被杂志选为封面文章。

尹鑫茂的光谱学研究仍在继续，因为将光的不同波段衔接起来是一个永无止境的过程，研究的波段可以更多地去添加。随着波段的不断添加，科研过程中捕捉到的细节也会越来越多，“一开始只是一个人的轮廓，我只要知道手在哪里，脑袋在哪里，就可以开展研究了，但如果要做到非常精细，我还可以继续往里面补充细节，比如人的肌理、毛发等，让它越来越清晰，这样这个人就会更加活灵活现。”尹鑫茂说。

现在在上海大学物理系，尹鑫茂搭建了3种不同能量范围的椭圆偏振光谱仪，结合同步辐射光谱测量，可满足各类量子材料的测量需求。在上海市高温超导重点实验室里，为了帮助高温超导材料更好地进行产业化和应用，尹鑫茂也利用自己的光谱学研究技术进行了一系列新材料的研究，以及高温超导材料的仿真软件模拟计算。

尹鑫茂向澎湃科技介绍，现在自己的光谱学研究方法已经初步开始向全世界其他科研院所进行能力输出，协助科研和检测。他希望未来能将这种方法进行更广泛的应用，并进行产学研融合的模式探索。

谈到未来的科研，尹鑫茂深知基础研究的成果不会较短时间内在应用场景中体现，因此他不会给自己设下过于长远的目标。对于近期的想法，尹鑫茂则表示，希望能把自己的光谱更加完善之后，运用到最新的材料研究之中，如95后青年物理学家曹原创造的多层转角石墨烯结构及相应的超导电性。

长久坚持是重要条件

尹鑫茂初中时因为兴趣使然参加全国物理竞赛并拿到二等奖，高中时拿到全国奥林匹克物理竞赛一等奖，随后被保送到浙江大学竺可桢学院。进了大学后，他毫不犹豫地选择了物理学，之后再没改变过。

“之前比较单纯，并没想过自己将来能不能赚钱，后来一直研究下去，也越来越觉得物理很有趣，并且自己的天赋也发挥出来了。”尹鑫茂表示。

谈到科研之路，尹鑫茂表示，一路走来，身边不乏最优秀和聪明的人，但最后留下做科研的人并不多，究其原因，他认为是耐不住性子，坐不住冷板凳。这些年一路走来，尹鑫茂周围大多数朋友都陆续放弃了科研，对此尹鑫茂一方面感觉可惜，另一方面也觉得做科研“一是天赋要好，二是要有运气，三是要能长久坚持。三个条件缺一不可。”

此外，他认为稳定的生活也给予了他极大的支撑，“我很幸运，在博士快结束的时候选择了结婚。有了家庭的支持，我越发觉得研究物理能让我乐在其中，科研随后也取得了突破。”在尹鑫茂看来，“稳定地呆在一个地方”对于科研工作者来说也很重要。

虽然自认是一个细水长流的人，但尹鑫茂也认为从事科研需要激情。在繁忙的科研生活之余，尹鑫茂喜欢看武侠小说，也喜欢去淳朴的东南亚国家旅游。提到金庸和古龙的武侠小说，尹鑫茂表示，“武侠小说可以刺激脑细胞，让我更有激情，这也相当于是一种充电。”