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【南燕青年教师】中子初心,赤子情怀——新材料学院肖荫果的沿波讨源之路

2023-02-22宣传与公共关系办公室

责编:王可佳

【编者按】

立足当下,北京大学深圳研究生院紧贴“问题导向,南北联动,AI牵引,创新融合”的未来发展理念,扎根大湾区,深耕人才培养;展望未来,深研院致力于建设北大新工科的“南方基地”,打造人才培养-学术研究-区域产业耦合的北大深圳校地协同创新共赢体。作为深研院新生代的青年教师,他们肩负着培养新一代创新引领人才的责任与使命,逐步成为深研院未来战略的中坚力量。他们对于科学的热爱、教学的热情和研究的执着,无一不体现在他们的举手投足间、教学科研中和娓娓闲谈时。

2017年离开工作了十年的德国于利希研究中心奔赴北大深研院任职时,肖荫果的周身就充斥着如此种种迷人而奇特的张力:对于祖国的热忱和对第二故乡的留恋,中子大科学装置的建设和对材料微观结构的探索,从研究员到高校教师的转变,亦师亦友的教学关系和共进共勉的科研历程……这五年的转变和历程在肖荫果心中意味着什么,或许我们还要把时间线拉的更久远些——尽管我们需要跨越的不仅仅是时间。

肖荫果在广州国际新能源汽车技术创新论坛上演讲

从“中子”到中国

2000年和2003年,肖荫果于中南大学材料科学与工程学院分别获得学士和硕士学位。2006年,肖荫果在中国科学院物理研究所获得凝聚态物理专业的博士学位。出于本科阶段材料科学的专业背景,他很早就对材料微观结构的探索产生了浓厚的兴趣,在中国科学院物理研究所读博期间接触到了中子散射方法这一研究材料微观结构的独特探针,特别是在2004年参加了我国第一届中子散射暑期学习班的学习之后,对中子有了更加深入的认识,也更加坚定了他从事这一研究方向的决心。“对于材料科学研究而言,一个非常重要的课题就是如何理解材料的微观结构,它是理解材料宏观性能的基础,也是材料科学研究最基本的切入点。要做到这一点,必须要借助一些能够在原子尺度准确探测微观结构的技术,而中子散射正是研究物质微观结构和动力学特性的重要方法之一。然而在十多年前我国的中子散射实验条件还不太完善,为了能够学习更多先进的中子散射知识,掌握更多的中子散射实验方法,在博士毕业之后我就明确了继续到国外先进的中子科学中心学习和工作的道路。”

肖荫果在中国散裂中子源进行中子散射实验

2007年5月,肖荫果远赴德国于利希研究中心继续从事中子科学研究。这一去就是十年,肖荫果在中子科学研究领域一步步攀上科研高峰的同时,也慢慢习惯了异国他乡的生活,原本陌生的德国也变成了他的第二故乡。研究所的教授对于肖荫果的科研能力和学术水平也非常认可,2015年,他晋升为德国于利希研究中心的终身研究员。但是就在两年后,肖荫果毅然放弃了在德国的稳定事业和生活,回到了自己的祖国。2017年9月肖荫果加入北京大学深圳研究生院,成为北大新材料学院的副教授。

肖荫果在德国的那些年一直密切关注着国内中子科学的发展,基本上每年都会回国和中子科学领域的前辈和同仁交流。随着时间的推移,他越来越能感悟到当时的中子初心以及那股情怀和使命感。他十分感慨,作为中子领域的科研工作者,生逢其时,学习到这么多知识积累了这么多经验,就应该不遗余力地为国家的中子科学发展作出自己的一份贡献。

北大谱仪,深圳贡献

或许一个更加具有里程碑意义的事件能够说明这种宿命般的牵引——2017年8月28日,中国散裂中子源首次打靶成功并获得中子束流,而这也正是肖荫果回国入职北大深研院的第一天。在此之后,他积极发挥自身在中子谱仪大科学装置建设方面的经验积累,撰写北京大学高分辨中子谱仪大科学装置可行性研究报告,依托北大深研院向深圳市政府申请对该项目的经费支持。基于大量的前期预研工作,2019年11月,高分辨中子谱仪项目可行性研究报告获得批复,并获得深圳市发改委1.6亿元的经费支持。随后肖荫果作为北京大学中子谱仪项目执行负责人开始全面展开中国散裂中子源高分辨中子谱仪大科学装置的研制和建设工作。

除了谱仪平台建设工作之外,肖荫果同时还利用已有的中子实验条件围绕复杂材料体系,特别是能源材料中微观结构和性能之间关系这一关键科学问题展开系统的研究工作。肖荫果在2018年依托中国散裂中子源完成的一项关于锂离子电池层状正极材料中反位缺陷的研究论文发表,该论文是中国散裂中子源建成以来的首篇科学研究成果文章,被列为散裂中子源工程建设的重要里程碑事件,具有标志性意义。在新型中子散射方法的探索和应用方面,他自主研制了一套电池原位充放电中子实验装置,并利用该装置系统研究了全电池在充放电条件下的结构演变,所取得的原位中子实验结果也是我国首个锂电池原位充放电中子衍射研究成果。肖荫果在中子散射应用领域的探索也获得了国家重点研发计划“大科学装置前沿研究”重点专项课题、国家自然科学基金面上项目、国家自然科学基金大科学装置联合基金项目以及多个省市级科研项目的支持。

肖荫果获得中子散射优秀论文奖

“早期受到客观条件的限制,我国中子散射领域的发展落后于西方国家,可幸的是我国科学界一早就认识到中子科学的发展和中子源建设的重大意义,并一直积极谋划建设新的中子源大科学装置。特别是中国科学院经过十余年不懈努力建成的中国散裂中子源,不但使我国成为世界上第四个拥有散裂中子源的国家,并且为我国多学科交叉前沿研究提供了重要的平台。”

中国散裂中子源是我国“十一五”期间重点建设的十二大科学装置之首,共规划建设20台中子谱仪,其中仅向科研院所和高校开放6台用户合作谱仪,而北京大学深圳研究生院争取到的北大高分辨中子谱仪就是其中之一。每每谈到它时,肖荫果的骄傲之情溢于言表,这台谱仪也是他的情怀所在。“目前,北京大学高分辨中子谱仪的建设正在我们与中国散裂中子源的密切合作下按计划有序进行中,预计将于2023年12月建成,并成为我国唯一一台能够达到国际先进水平的超高分辨中子衍射谱仪。该谱仪将会有力促进北京大学“新工科”建设,对我国新材料、新能源和新医药等前沿研究领域的材料体系进行精确结构解析,推动关键新材料研发,这对于深研院、北大、深圳乃至全国都意义重大。”

北京大学高分辨中子谱仪研制进展

北京大学高分辨中子谱仪预计将在2023年12月建成,这将会是肖荫果在深研院任职的第六个年头。肖荫果强调,北京大学深圳研究生院无论是从地理区位优势、重点研究方向探索还有南北融合协同创新等方面来说都非常适宜开展中子科学的研究工作。肖荫果继续说道,“习近平总书记在党的二十大报告中提出,要实施科教兴国战略,强化现代化建设人才支撑。中国散裂中子源和北大谱仪的建设,无疑就是面向世界科技前沿和面向国家重大需求的重要工作,与党和国家的要求保持着高度的一致。”

交叉学科,探索前行

肖荫果坦言,从研究员到高校教师的身份转变是非常巨大的:“但是我很喜欢自己的新身份,也很快适应了新的节奏。我很喜欢和一群有着共同目标的朝气蓬勃的年轻人一起工作,北大深研院的学生们都有着非常强烈的求知欲望。作为老师,我想让他们认识到他们正在做的这些研究工作是非常有意义和价值的。就拿我们在中子科学的发展方面所做的努力来说,这和张锦副校长提出的建设北京大学“新工科”南方基地,积极服务国家战略与深圳创新密集型产业发展需求,是密切契合同根同源的,因为中子散射本身就是一种‘新’的面向学科交叉的非常规研究技术手段,不但能够推动基础研究的发展,并且能够通过应用研究促进产业进步。”

对于肖荫果来说,信息工程学院田永鸿教授牵头的AI for Science(智慧科学研究)就是学科交叉的实际应用典范,材料科学和AI技术的融合不仅是大势所趋,也有着非常光明的前景。“比如我们通过中子散射得到的一些关于材料的关键结构数据”,肖荫果兴致勃勃地谈到,“它是非常独特并且不容易获得的,我们就可以将这些关键数据作为基础事实,在有限的样本中利用AI找到材料结构特点和材料性能之间的关联,再整合具有海量材料结构信息的数据库,就可以通过无监督机器学习对材料结构基元进行指认和分类,并对具有特定性质的新材料进行筛选和预测。无论是从节省实验成本角度还是从引领研究方向的角度,都是非常有意义的。”

肖荫果指导学生做实验

专业知识的教学对于肖荫果来说是一个相互学习、共进共勉的过程。“疫情之前,我就带着我的一个博士生去日本的散裂中子源做过一次很成功的材料研究实验,当时我们使用的是全世界最先进的,也是具有世界最高分辨率的一台超高分辨中子衍射谱仪。当然,不仅是老师和学生之间,即使是科研工作者之间,同样也应该相互帮扶,共同进步,因为基础科学的研究成果是人类的共同财产。我现在还和于利希中子科学中心保持着紧密的联系,特别是我原来研究所的教授和同事,他们都非常关注中国在中子科学领域的发展,并且都认为中德两国是非常紧密又能优势互补的合作伙伴。每当我有相关的问题需要请教,他们都会非常热情地给予细致的讲解。”

访谈最后,肖荫果引用了《文心雕龙》中的一句话总结了自己教学科研一路走来的历程,同时他也希望把这当作寄语送给自己的学生们:沿波讨源,虽幽必显。肖荫果解释道,“这句话字面意思上就是沿着水波,寻找到河流的源头,即使幽深也必将显现出来。但是这句话也非常契合自己的研究工作。因为中子是具有波粒二象性的,它也可以被看作是波。所以这句话结合中子科学的研究也可以理解成——我们沿着中子波,去探索材料微观世界中结构机理的本源,最终一定能够会有新的发现。探索精神在科研工作之中是不可或缺的,我希望我的学生都能够明白这一点。”

肖荫果与毕业生们合影

文字:张子政

图片:受访者提供

指导老师:王琳

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