陸衛（右一(yi)）和同事(shi)交流超分(fen)辨紅(hong)外近場納(na)米熱成像研究進展。 受訪者供圖(tu)

“我(wo)心里(li)一(yi)直(zhi)有一(yi)個(ge)聲音，做基礎(chu)研究就(jiu)要(yao)在底層原理做出跟別人(ren)不一(yi)樣的東西，這個(ge)愿望(wang)非(fei)常強烈(lie)。我(wo)也知道這么做很可(ke)能(neng)失敗(bai)，但這已(yi)經(jing)成為我(wo)的職業習慣。”中(zhong)國(guo)科(ke)學院上海技術物理研究所研究員陸衛深(shen)知，底層原理決定技術的“天花板”，只(zhi)有發現新的原理，才可(ke)能(neng)產生顛(dian)覆性技術。

空間紅外探測器是衛星的“眼睛”，陸衛帶領團隊(dui)實現(xian)兩(liang)次重大(da)跨越——洞(dong)悉“暗電流”之(zhi)源，“看”得更清；突破靈(ling)敏度極(ji)限(xian)，辨(bian)得更明。

30多年來，懷揣“非常(chang)強烈(lie)”的(de)科學追(zhui)求，陸衛一(yi)直埋頭(tou)趕路，“苦中(zhong)亦有喜樂之趣”，只要一(yi)抬(tai)頭(tou)，那無垠星空就是他的(de)夢想所在。

“看”得更清辨得更明

“暗電流(liu)”是一(yi)道世界性難題。

20世紀四五十年代(dai)，隨著第一(yi)代(dai)紅(hong)外探測器的發明應用(yong)，科學家們很快發現，即使(shi)將(jiang)探測器完全置于絕對黑(hei)暗(an)中(zhong)，仍然會測量(liang)到電(dian)流(liu)信(xin)號。這種“內部噪聲”會干擾(rao)對微(wei)弱紅(hong)外信(xin)號的探測。這個電(dian)流(liu)存在于黑(hei)暗(an)中(zhong)，故被稱為“暗(an)電(dian)流(liu)”。

在對半(ban)導體(ti)界(jie)面的光譜(pu)研究中，陸(lu)衛逐(zhu)步建立了(le)“電子(zi)(zi)局域化操(cao)控”理論，不(bu)再將(jiang)電子(zi)(zi)簡單地(di)視為均勻(yun)的，而是(shi)聚(ju)焦(jiao)于局域化電子(zi)(zi)的特定行(xing)為，并尋求主(zhu)動“操(cao)控”它們(men)。陸(lu)衛提(ti)出了(le)被稱(cheng)為第(di)四(si)類躍遷的準束(shu)縛態(tai)躍遷模式，并指導團隊驗證(zheng)了(le)這一躍遷模式大幅抑(yi)制(zhi)“暗電流”的優(you)勢(shi)。這一工(gong)作獲(huo)得國家自然(ran)科學獎二等獎。

但這(zhe)對于陸衛來(lai)說還是(shi)不“解渴(ke)”。有(you)沒有(you)可能看(kan)清楚“暗電流(liu)”究竟是(shi)怎么隨機運動的(de)？當時全(quan)世界都沒有(you)這(zhe)樣的(de)儀(yi)器。在(zai)強烈的(de)“想看(kan)一看(kan)”驅動力下，陸衛帶領團隊研制起了觀測設備。

一根頭發絲直徑大概70微米(mi)，陸衛團隊研制的(de)電子(zi)溫度成像(xiang)顯微鏡可以觀測到50納米(mi)尺(chi)度，比頭發絲直徑的(de)千(qian)分之一還要小。這時候有趣(qu)的(de)現(xian)(xian)象出現(xian)(xian)了(le)——半導體溝道的(de)電子(zi)并不按(an)照傳統的(de)焦耳定律耗散能量。

“只要(yao)看到不能解釋的(de)現象，就會心潮(chao)澎(peng)湃(pai)。這是(shi)上帝打開了(le)一(yi)扇小窗(chuang)，讓你(ni)看了(le)一(yi)眼，很多人是(shi)無緣看見的(de)。”陸衛說(shuo)。

又經過(guo)一年(nian)多(duo)對(dui)這(zhe)一不尋常(chang)現象的(de)探究，這(zhe)一顛(dian)覆底(di)層物(wu)理認識的(de)創新成果(guo)發(fa)表(biao)于國際權威學(xue)術(shu)期刊《科學(xue)》，這(zhe)也是(shi)以工程見(jian)長的(de)上海(hai)技物(wu)所(suo)建所(suo)67年(nian)來發(fa)表(biao)在(zai)該期刊的(de)第一篇論文。

對于(yu)空(kong)間遙感(gan)探測來說，看到物(wu)體的形狀(zhuang)只是第一(yi)步(bu)，關鍵(jian)是要分辨物(wu)體的成分。

在長波(bo)紅(hong)外波(bo)段，環(huan)境中存在大量的背(bei)景(jing)輻射，這使得探測器的像素(su)容(rong)易瞬(shun)間被背(bei)景(jing)輻射光子塞(sai)滿，無法裝下目標信號(hao)。這是紅(hong)外領域另一道根(gen)本(ben)性難題——“背(bei)景(jing)限(xian)制”。

為破(po)解(jie)這一(yi)(yi)難題，陸(lu)衛借鑒“臨界(jie)(jie)耦(ou)合模式”，提(ti)出了光電臨界(jie)(jie)耦(ou)合模式。“臨界(jie)(jie)耦(ou)合并不(bu)是(shi)我(wo)們提(ti)出來(lai)的(de)，但(dan)將(jiang)這一(yi)(yi)概念用(yong)到探測器上，使之具有顛覆性功能(neng)，是(shi)我(wo)們第一(yi)(yi)次(ci)實現。”陸(lu)衛說，這需要廣(guang)泛的(de)科學視野(ye)，對(dui)其他領域的(de)工(gong)作“觸類旁通(tong)”。

光電臨界耦合(he)模式的(de)應用，使得團隊研(yan)制出(chu)單片集成56光譜(pu)通道(dao)的(de)新型紅外(wai)焦平面(mian)器件(jian)。如今，該器件(jian)已應用于遙感三十七號衛星，用戶評價其效果為“開創性突破”。

“跨域”搞研究

30多年如一(yi)日從事基礎研究，苦嗎(ma)？

陸(lu)衛告訴(su)記者，在(zai)“巴斯德象限”中實踐，苦中亦有(you)喜樂之趣。因為做的是面向國家(jia)重大需(xu)求難(nan)題的基礎(chu)研究，有(you)獲(huo)得新(xin)認(ren)知之喜，更有(you)變革(ge)性解決需(xu)求之樂。

“巴斯德(de)象限”是科學(xue)研(yan)究(jiu)的(de)一(yi)種分類模型(xing)，特指(zhi)應用目(mu)標(biao)驅動的(de)基礎研(yan)究(jiu)。微(wei)生物學(xue)家巴斯德(de)正是此類研(yan)究(jiu)的(de)典范(fan)——既深化(hua)了對(dui)發酵機(ji)制的(de)認(ren)知，又(you)直接改良了釀(niang)酒工藝。

這正是陸衛一直以來的“孜(zi)孜(zi)以求”。

曾(ceng)經(jing)有一段時間(jian)，物理學(xue)被認為(wei)黃金時代(dai)已經(jing)過(guo)去。但陸衛堅信(xin)，物理學(xue)的重要性不可替代(dai)，尤其(qi)在支撐國家戰略技術方(fang)面。

在(zai)“巴(ba)斯德(de)象(xiang)限”實踐中，陸(lu)衛(wei)十分重視“跨域”。在(zai)德(de)國布(bu)倫瑞克工(gong)業大學深造時(shi)，他就跨域做了一(yi)個(ge)跟磁學相關(guan)的(de)自(zi)旋鏈工(gong)作。此前，光譜研究(jiu)出身的(de)他對此幾乎一(yi)無所知。陸(lu)衛(wei)沒有畏(wei)難(nan)，實現了對諾貝爾物理學獎核心(xin)成果“霍爾丹猜想”的(de)光譜學實驗(yan)(yan)驗(yan)(yan)證。

陸衛團隊(dui)里，既有(you)做(zuo)傳統光電器件的，也(ye)有(you)探索光學(xue)前沿的。他總(zong)是鼓勵不同方向的研究者要(yao)多交流，以探尋跨域的可能性。

對于跨(kua)域的(de)AI技(ji)術，陸衛也早有關注。他(ta)提出構建紅(hong)外材料大數據模(mo)型，帶領團隊開展下一代面向紅(hong)外芯片的(de)光(guang)譜與界面功能關系研究(jiu)。

敞開兩扇“門”

陸衛(wei)有(you)一個多(duo)年的習慣，只要(yao)他在辦公(gong)室，門(men)就一直敞(chang)開著。陸衛(wei)學生、上(shang)海技物所在站(zhan)博(bo)士后(hou)金融說，“這扇開著的門(men)，讓我們(men)感到安心和踏實，如果有(you)什么問題和想(xiang)法(fa)，可以直接(jie)走進去。”

為何(he)要(yao)把門一直敞開著？“敲門是要(yao)有膽量的，有些孩子鼓足勇(yong)氣走到你門口，很(hen)可(ke)能想敲門手又(you)縮回去了。學生思想很(hen)活躍，和他(ta)們(men)交(jiao)流相得益彰。”陸衛(wei)說。

敞開著的，不僅(jin)是(shi)物理意義上(shang)的門(men)，科學研究(jiu)的門(men)也是(shi)如(ru)此。

翁錢春多年前(qian)剛做(zuo)研究生時(shi)，陸衛一開始安排(pai)他(ta)做(zuo)紅外光(guang)譜(pu)方向，這是課題組的(de)優勢所(suo)在。但(dan)他(ta)出于個人興趣，想(xiang)(xiang)做(zuo)基于半導(dao)體量子(zi)結構的(de)單光(guang)子(zi)探測器。“我(wo)沒想(xiang)(xiang)到(dao)陸老師竟然同意了，畢竟這關系到(dao)組里科研布(bu)局。這對當時(shi)年輕(qing)的(de)我(wo)來(lai)說，是很大的(de)激勵。”

“我(wo)現在(zai)63歲了，還不斷看到(dao)一些無法理解的物(wu)理現象(xiang)。這(zhe)就得(de)慢(man)慢(man)磨了，什么時候能磨出個道道，也不知道。”陸衛說，這(zhe)也許(xu)就是科(ke)學(xue)研究的魅力所(suo)在(zai)，喜(xi)樂之趣所(suo)在(zai)。（記者 黃(huang)海華）