科学是不同国家间沟通的共通语言 ——记“江苏省荣誉居民”称号获得者、格莱特纳米科技研究所所长哈罗德·富克斯教授

走进哈罗德·富克斯的办公室,独特的家具陈设方式令人印象深刻。可供5人座谈的沙发,两张面对面摆放的办公桌紧挨着会议桌。“这样我们可以随时和其他人交流讨论。”富克斯介绍道。实际上,在不久后即将完全投入使用的材料科学研究中心,也几乎处处都体现了他对“沟通交流”的执着。除了每层楼的走廊都设有沙发、桌椅之外,还安装了“通告栏”,“师生可以随时随地交流、记录灵感。”

自2012年10月格莱特纳米科技研究所在学校成立以来,富克斯每年大约有3个月的时间在中国度过。出身德国的他不仅在纳米科技领域颇有建树,培养了大量优秀青年人才,更以自身行动促进了我校与德国的交流合作。近日,继获颁“江苏友谊奖”后,富克斯被授予“江苏省荣誉居民”称号,这是江苏省授予外国友人的最高荣誉。

“非同寻常”的“跨界”科研路

由于高中时代就对物理颇为倾心,进入德国萨尔大学后,他选择了理论物理作为自己的主攻专业。硕士期间,医学院有团队开展针对人脑的新型实验,并在校内招募有电脑编程经验的学生,彼时的富克斯对物理之外的实验兴趣浓厚,便主动报名参加。转而从事生物医学和生理学研究的一年半时间里,他“邂逅”了生物纳米结构,直至今天,这依然是他的主要研究方向之一。跟随国际纳米材料届的权威,赫伯特·格莱特教授读博期间,富克斯主要基于电子显微镜开展金属纳米粒子的制备及其行为研究,当时一篇论文极大地引起了他的注意,IBM公司在瑞士的研究中心提出了一种全新的材料表征技术,用一根金属探针看到平整表面的原子结构,即STM(扫描隧道显微镜)。他当即决定放弃去往美国哈佛大学开展博士后工作的机会,动身前往瑞士,开始为期1年的博士后项目工作,在G.Binnig教授和H.Rohrer教授团队参与搭建STM,后来两人凭借此项成果获得了1986年的诺贝尔物理学奖。“那是一段非常精彩的时光,STM是全新的方法,非常有挑战性,没有人知道它能否成功。团队在仅1年的时间内就发表了6篇论文,取得了很多成果。我们第一次看到了石墨表面的原子结构,从原子尺度上观测到了氧原子在表面上的移动。除了图像信息外,还获得了电子态的信息,使人们能够从原子层级了解界面的电子性质。”谈到这里,富克斯的语气依旧掩不住兴奋。

博士后项目结束后,富克斯本计划回萨尔大学继续从事研究工作,他再次收到了德国BASF(巴斯夫)公司的offer。BASF是世界上最大的化工厂之一,早就对富克斯青睐有加,希望他作为项目负责人带领团队开展一项全新的研究——超薄有机薄膜的性质研究。彼时,这一领域的研究在德国工业史上才刚刚兴起,就这样,富克斯又在一个全新的学科领域内开启了与此前截然不同的一段职业生涯。

从物理学到生理学、生物医学,再到纳米科学、材料化学,从大学到研究所再到企业,富克斯说自己“非同寻常”的“跨界”经历并非“有意为之”。经过诸多尝试,他才逐渐明确了自己“更重视”的研究方向。但富克斯同时强调,无论从事怎样的研究,都要“知其然知其所以然”。“人们花了上百年的时间去研究鸟为什么会飞,有的人模仿小鸟在手臂上装上类似翅膀的装置,但行不通,后来人们才发现,关键并不在于上下挥舞翅膀的动作,而是翅膀独特的形状产生气流流动,由此才有了今天的飞机,”富克斯说道,“做科研不能只理解表象,必须深入其原理。”

“沟通交流是关键所在”

上世纪80年代,包括富克斯就职的BASF,德国化工行业有三大“巨头”公司。本应是竞争关系的三家企业,与几家研究机构共同参与了德国联邦教育与研究部的一项重大合作项目,主要在一些非市场化的探索性领域开展纯基础科学研究。尽管三家公司各有自己专攻的研究方向,但彼此打破边界,在无需特别许可的情况下,共享实验室、实验数据等资源,实现了紧密合作。3年时间内,共同发表了约300篇论文,申请了约80项专利。由于获得了各方面的充足支持,1986年,富克斯作为项目小组的负责人,仅用了1年多的时间,就根据他在IBM的博士后工作经验,为BASF搭建了德国工业史上的第一台STM,使BASF成为了全世界最早应用诺贝尔获奖技术的公司。“沟通在科研中尤其重要,”富克斯说道,“抛开其他背景因素,科研人员之间随时都乐意就科研进行沟通交流。”在富克斯看来,科学是一门通用语言,因为科学是纯粹的,是为人类所公认的真理,所以即便不同国家的科研人员说着不同的语言,但仍能就某个相同的科研领域进行交流。

1993年,富克斯离开了工作8年的公司,受邀成为了明斯特大学的物理研究所所长,并担任至今。除了超薄有机薄膜的制备,富克斯开始专注表面在位反应、单分子表面结构与性质等领域的研究。鉴于公司间合作的模式取得了巨大成功,富克斯在大学就任后不遗余力推动合作。1996年,第四届国际纳米科技会议在北京举行,富克斯受邀参加并做大会报告,这是他第一次来到中国。他参观了中科院北京真空物理实验室,“纳米科学领域的科研人员已经很擅长研制新材料,但在仪器设备方面相对落后,”富克斯回忆道,“但那时我就确信,中国有很大的发展潜力。”自此,富克斯与中国的关系更加紧密。

2000年,德国北莱茵-威斯特法伦州与中国科学院签署合作协议,支持双方互派科研人员交流合作。富克斯教授课题组每年接受中国博士生、博士后、访问学者、洪堡学者等,截至目前,已有超过60位中国科研人员在他的课题组开展过科学研究。

2008年,由已是德国科学院、工程院双院院士的富克斯,与时任清华大学化学系系主任的中国科学院张希院士共同发起的,德国自然科学基金委与中国自然科学基金委的首个大规模国际合作项目TRR61开始实施,项目周期长达12年,经费总额达2000万欧元。该项目资助来自明斯特大学和清华大学的22个科研小组,合作单位还包括中科院物理所、北京化学所和国家纳米科学中心等。

富克斯教授(左三)在中德第一个跨学科重大国际合作项目启动仪式上。(引自:清华大学化学系

“合作的开始就像纳米结构一样小,但随着沟通交流的扩展,人与人之间的关系会更加紧密,你会逐渐获得机会、资源等。”富克斯如是说。

格莱特研究所要像纳米科学一样发挥作用

2012年,受到导师格莱特教授的热情邀请,富克斯作为首席科学家加盟格莱特研究所,并成立纳米自组装结构团队。同年,作为发起人之一,他联合澳大利亚和德国的科研机构,在格莱特研究所成立“纳米功能材料研究部”。研究所成立之初,他还亲自参与设计和订购了一套原位超高真空光发射电子显微镜和扫描隧道显微镜互联系统,该系统在当时属国内首套,开拓了研究所在表面物理化学方向的研究。目前,纳米自组装结构团队已经在材料领域国际知名期刊上发表论文20余篇,撰写2本专著,并多次在国际、国内会议上做邀请报告。

富克斯教授在实验室与团队师生交流 褚易凡/摄

今年是68岁的富克斯担任格莱特研究所所长的第三年,谈及对研究所未来的展望,富克斯依旧用他最熟悉的纳米科学打了个比方。“纳米技术不是使物质变得更小,而是调控分子、原子的位置和属性的手段。它可以广泛应用于生物、化学、成像等不同学科、不同领域,这也正是格莱特研究所能为南理工做贡献的地方。”在富克斯看来,格莱特研究所作为一个国际化的科研平台,不仅可以为学校与国内外相关科研机构、团体之间的交流合作“牵线搭桥”,纳米科学的广泛应用也能够促成校内外不同学科之间的资源共享,提高科研运行效率,产出更多的引领性原创成果。

如今,所里拥有6名中外首席科学家和23名全时全职科研人员,共发表SCI论文300余篇,在领域内顶级期刊发表影响因子大于10的论文21篇。连续5年举办学术年会,共邀请153位国内外纳米材料领域知名学者参会;34人次参加国际学术会议,邀请日本东北大学先进材料研究所、俄罗斯乌法国立航空技术大学先进材料物理研究所、德国卡尔斯鲁厄理工学院、香港城市大学、牛津大学等顶尖研究机构40多位国际专家来所访问交流并做学术报告。

富克斯教授(中)在在华工作外国专家新春座谈会上发言

在今年1月举行的在华工作外国专家新春座谈会上,富克斯应邀出席并向国务院总理李克强建言。富克斯认为,过去二十年中国在基础科学研究方面取得了长足进步,但政府仍需在未取得突破的尖端科技领域进一步加大基础研究投入,促使成果转化为竞争产品和创新力,这也是富克斯努力的方向。他提出,未来研究所将在已经形成优势的纳米非晶材料、纳米结构金属材料等学科方向基础上,联合国内外的优势力量,进一步交叉融合,凝练和解决材料技术领域中的重大共性基础问题,在前瞻性、战略性、前沿性的学科交叉领域开辟新的基础研究,如生物纳米材料,生物化学、生物物理和纳米药物等,进一步提升学校在这些高度竞争领域内的显示度。