湯子康教授: 把澳門納米科技研究引向世界



納米科技產品在日常生活上的應用越來越廣泛,納米產品的問世不僅帶來了巨大的經濟效益,改善人們的生活質素,更把人們的視野帶進了全新的納米世界。國際知名納米光電子材料領域領軍人物湯子康教授2016年1月獲聘為澳門大學應用物理及材料工程研究所(以下簡稱研究所)所長,對於研究所的定位,他說:「研究所的創立提供了一個前沿科學和技術應用研究的平台,希望能把散落在世界各地的澳門優秀理科人才吸引回到澳門,也讓世界對澳門有一個新的認識。」

 

由零開始

湯子康教授上任以來,一直很忙碌,研究所一切由零開始,從籌建實驗室、購買設備儀器到全球招聘專家學者,他都親力親為。「在籌備過程中遇到很多之前沒想像到的困難。許多仍在沿用的80年代之前制定的規章制度已經明顯無法適應現代科學技術快速變化的步伐,所以很多事情進展得非常緩慢。」

 

研究所的實驗室在熱火朝天地籌建中。跟湯教授訪問的地點位於科研大樓N23的實驗室,只擺放了數台實驗儀器。「它們都是最尖端的儀器設備,比如這台聚焦離子束(FIB)設備功能非常強大。不但具備普通的掃描電子顯微鏡(SEM)功能,能用離子束流對材料表面進行原子級別的剝離和澱積,從而對材料進行納米級的形貌加工,還能對材料的元素進行實時分析。」湯教授說。

 

研究所現有10餘位科研和教學人員,分別來自美國、歐洲、日本、內地、香港等國家和地區。各人的研究背景有所不同,有些物理較強,有些化學較強,湯教授刻意聘請不同領域不同背景的專家學者組成研究所的團隊,他是想通過這樣的組隊方式激發更多創造性的研究。

 

初生之犢

大學畢業後,對物理有強烈興趣的湯子康考取了中國科學院長春光學精密機械與物理研究所的研究生,畢業後赴日本東北大學繼續深造,並在1992年取得了日本東北大學的理學博士學位。1994年,香港科技大學物理系面向全球招聘教師,湯子康教授受聘後赴該校開始從事納米技術的專項研究,一直在香港工作了21年。

湯教授讀大學的那個年代有一句話流傳甚廣:「學好數理化,走遍天下都不怕。」當年很多年輕人紛紛湧向物理等理工科專業,但他選擇物理卻是出於自己對物理的濃厚興趣。「小時候我對各種各樣的自然界現象有一種天生的好奇:碳為甚麼是黑的?雪為甚麼是白的?天為甚麼是藍的?」大學畢業後,他有機會對材料的特性和功能進行專門的研究,發現一些材料在變成納米尺度後,它的特性與塊狀體材料相比會非常不同,甚至會出現一些全新的功能。由於這些新特性新功能可以用來開發全新用途的新器件,吸引湯教授在研究上不斷探索。

 

1998年,湯教授帶著納米碳管研究的新成果參加了美國物理學界知名的物理學會年會,並在會上發表論文。回憶當時情景他至今仍歷歷在目,「會場主持人以及聽眾席上坐著的是當時納米碳管領域最權威的大人物。當時學術界有一種共識,即單壁納米碳管最小只能做到直徑0.7納米。但我們宣稱我們的單壁納米碳管直徑只有0.5nm(後來證實直徑實際上只有0.4nm)。我在講台上還未宣讀完論文,下面已經開始一片質疑:這麼小的單壁納米碳管絕對不可能存在。我當時很尷尬,但還是硬著頭皮把論文繼續宣讀完畢。」

 

湯教授原來在香港科技大學的辦公室裡貼了一張愛因斯坦的照片,「愛因斯坦是很值得崇拜的一個人,他剛發表相對論的時候,很少人能理解相對論奧妙,但是後來很多實驗證明,相對論是正確的。」

 

發現劃時代新材料

2000年,湯子康教授成功研製出世界最細單壁 納米碳管(直徑0 . 4納米),並發現其獨特的一 維超導效應,此成果被譽為「劃時代的革命性材 料」,震驚全球,後被列為2001年物理學界11項 最主要成就之一。

 

從事物理材料研究30多年,湯教授最深的體會是: 「物理是所有理工學科應用的基礎。現在你能看到 的幾乎所有的材料與器件都跟物理有關,比如廣泛 應用在電視機、手機、計算機等芯片裡的晶體管, 就是半導體納米材料的最典型應用。科學研究人員 與工程技術研究人員有時關注的角度會很不一樣。

 

科研人員更多地著重於發現新現象,開發新功能,合成新材料。而發現的這些新功能新現象在當時的技術條件下不一定能馬上付諸實際應用。

 

湯教授舉例指出,上世紀30、40年代根據量子力學理論發現了一個被稱之為「量子糾纏的重要現象」,但過了半個世紀,科學家一直都不知道如何把量子糾纏現象與實際應用相聯繫。直到最近幾年,隨著納米加工技術的突破,量子糾纏現象的研究才獲得了突飛猛進的發展,現已經在量子計算機,量子保密通訊,甚至生物信息傳遞等領域獲得廣泛的應用。他強調說:「科學與技術的研究是相輔相成的,科研的成果能改變人們的生活方式,給人們帶來生活上的便利,同樣重要的是,科學研究的態度和科學觀能改變人們的思維方式,提升整個社會的科學素養。」

 

湯教授涉足的科研領域頗為廣泛。除了破世界紀錄最細單壁納米碳管的研究,另一項有關氧化鋅的研究也引起了世界矚目。1998年湯教授首次在納米結構的氧化鋅半導體薄膜中觀測到了室溫紫外激光發射。這一發現發表後立即引起了世界同行們的極大興趣,無意之間觸發了全球氧化鋅研究的熱潮,對氧化物半導體在紫外激光二極管的實際應用研究中產生了深遠的影響。湯教授1998年發表在美國《應用物理快報》的開拓性論文迄今已經被引用超過2100次,2012年這篇開創性論文被《應用物理快報》創刊50週年紀念刊收錄為過去50年被引用率最高的前50篇論文之一。

 

優先研究應用性材料

應用物理及材料工程研究所這個名稱的背後隱含了澳門政府及社會大眾對澳門大學的期望和要求。帶著這使命,湯教授和團隊會優先進行一些跟澳門居民生活息息相關的應用性研究,例如有關新能源新材料領域的研究。「這樣就能對社會產生一些積極正面的影響,至於純物理的基礎研究,在做好應用研究的基礎上我們也會朝這方向去努力。」

2017-02-13

湯子康教授冀讓全世界知道澳門也有尖端的科學研究

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研究所擁有最尖端的儀器設備

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研究所現有10餘位來自世界各地的科研和教學人員,當中包括副校長(學生事務)程海東教授(左7)

研究所現有10餘位來自世界各地的科研和教學人員,當中包括副校長(學生事務)程海東教授(左7)
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納米碳管研究開拓者之一, 著名物理學家麻省理工大學 M. Dresselhause教授夫婦參觀湯子康教授的實驗室(香港科技大學)

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世界最細單壁納米碳管(直徑0.4納米)

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小角散射X射線衍射儀

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