【InfoMat专访系列之青年科学家】香港理工大学赵炯教授专访:探寻真理的法宝——持之以恒的努力

个人简介 

赵炯,香港理工大学应用物理系助理教授。2012年博士毕业于清华大学,2012-2013在德国IFW-Dresden担任DAAD-Leibniz Fellow,2013-2017在韩国成均馆大学担任ibs Fellow和research professor,2017年起在香港理工大学工作。研究领域为低维材料和原位电子显微学,迄今已在Science等杂志发表SCI高水平论文70余篇。曾获得国家基金委优秀青年基金(港澳),国家海外高层次人才计划,新加坡南洋理工大学南洋助理教授等荣誉。2021年起担任InfoMat青年编委。

课题组网站:

https://jiongzhao.wixsite.com/website

研究工作简介

您能否简要介绍课题组的工作?

我们课题组主要围绕透射电子显微学(TEM)展开研究,因此我们最关注的是材料的原子结构和化学组分,也涉及一些电子结构。我们研究的材料体系比较广泛,有金属、陶瓷、二维材料、纳米颗粒、纳米线、纳米管等等。同时,我们研究的问题也比较广泛,涉及到材料生长、相变以及材料的力学性质、热力学性质、电学性质、光学性质等等。总体来讲,我们课题组是通过原子尺度的实验研究,特别是原位研究,揭示材料结构与性能,以及材料结构与材料制备之间的联系。

是什么机缘促使您从事低维纳米材料、透射电子显微学和原位力学的研究呢?

我在清华材料系上本科时,开始有未来从事材料科学方面研究的设想。具体到对低维纳米材料以及电子显微学方面的兴趣,应该是在博士阶段慢慢被培养起来的。

我对原位力学研究的兴趣是博士阶段时在朱静老师的研究组中培养起来的。在朱静老师组的学习中,我不光打下了透射电镜方面的基础,也深受她实验力学研究的熏陶,因此我慢慢对原位力学研究产生了兴趣。大约十五年前,我们组里的研究对象大多为陶瓷纳米线,比如氧化锌纳米线。那时候我看到组里师兄们在扫描电镜或者透射电镜里面拉伸纳米线、研究纳米线的断裂,就觉得非常有意思。但是通过裂纹或者断裂表面只能知道脆性断裂的结果,并不能理解断裂过程,原子尺度的理解就更加模糊。博士阶段我还经常去参加郑泉水老师在CNMM每周组织的纳米力学的研讨会,也研读了清华力学系很多前沿的研究工作和博士论文。北工大韩晓东老师组的研究工作也对我在原子尺度的研究有很多启发。

不懈的努力才能战胜困难

您的团队近期在PRL上发表了一篇题为”In Situ Scanning Transmission Electron Microscopy Observations of Fracture at the Atomic Scale”原创性文章。请问您的灵感来源是什么呢?在研究这个问题遇到的最大的困难是什么?

我们组最近的纳米力学的研究工作其实都源于我博士期间的学术训练和兴趣培养。近几年我们一直在研究二维材料,在尝试了几种不同的材料之后,2019年我们终于在ReS2里面拍到了原子尺度实时脆性断裂的过程。当我第一眼看到那连续的两帧画面的时候,看到裂纹尖端的尚未松弛的应变的时候,脑海里似乎听到了那根化学键断裂的清脆声响。这是力学研究者从上世纪七、八十年代就力求达到的一个目标。具体的研究背景大家可以参考黄克智老师多年前组织的国家自然科学基金重大项目“材料损伤、断裂机理和宏微观力学理论”的研究总结以及报告。我们比较自豪的是,从此以后原子尺度的脆性断裂过程可以确确实实地被实验观察研究了。PRL的编辑和专家们也都很兴奋,他们发表评论并大力推荐了这篇文章。这个工作应该是我们这些年对纳米材料力学行为研究的一个自然结果,所以很难说其中最大的困难是什么,其实就是一个许多年来都未解决的重要问题现在突然被我们解决了。毋庸置疑的是我们十几年来一直都在努力地解决这个问题,从未有一刻想过放弃,最终才在探寻真理的道路上迈出了关键一步。

您的团队采用透射电子显微学作为手段,开展了很多低维纳米材料相关的研究工作,并取得了很多成果。可否请您谈谈透射电子显微学在低维材料表征和性能分析方面可以扮演什么角色呢?在研究过程中会遇到哪些困难和挑战呢?

其实不光是在低维材料,在其他各种材料的研究中透射电子显微学都扮演着重要的角色。由于透射电子显微镜的空间、能量、时间分辨率越来越高,新的技术也不断地涌现,人们对于透射电镜表征材料的要求也越来越高,不光要了解结构,还要理解性能,特别是原子尺度的性能。因此,透射电子显微镜可以说是未来材料研究不可或缺的技术。透射电镜技术当下也有很多挑战,例如如何降低电子束对材料的影响,如何继续大幅提高电镜照相的时间分辨率,如何进行高分辨率三维成像等等。现在电镜领域的研究者们每天都在提出各种新的想法、研发新的技术,从而为新材料的开发或发现及理解新的物理、化学规律铺平道路。

与InfoMat结缘:全力支持,责无旁贷

作为InfoMat的青年编委,能否请您简单谈谈对期刊的期许?您认为我们还可以从哪些方面努力提高期刊的水平和影响力?

我最先是通过本系同事郝建华老师(InfoMat副主编)了解到这个杂志的。现在我国正在大力发展自己的学术期刊和杂志,我们作为年轻一代科研工作者理应全力支持,责无旁贷。我认为,迄今为止InfoMat已经吸引了很多全球优秀学者的目光。下一步,我觉得我们编辑部应该继续努力,积极宣传和推广期刊,坚持发表最为优秀的工作,从长远的眼光来选择稿件发表,邀请更多专家成为我们期刊的作者。

“我”看人才培养

我们留意到您在清华大学博士毕业后,曾在多个国家(比如韩国IBS、德国IFW)从事科研工作,目前在香港理工大学工作。可否请您谈谈不同国家的高校/研究所对研究生培养的差异以及科研环境的区别?

我觉得总体上现在各个国家和地方的科研环境的差别正在缩小,国内的科研环境更是日新月异。各地的研究生培养方式也都大同小异,我认为,研究生阶段最重要的是导师的风格是否适合自己,其次才是学校,最后才是国家。所以选择读研其实就是选择导师。

您在选择团队研究生时,看重学生的哪些品质呢?您是如何培养团队学生“创新”的能力?

我更看重学生的自主学习能力和研究动力,也就是学生要能够不断追问“为什么”,并且能够为了解答所提出的问题不断寻求解决办法甚至达到茶饭不思的程度。我认为,如果学生做到了这点,他的“创新”能力也能随之而来。

请您送一句话给已经踏上科研征途的博士研究生们。

现在的博士研究生们都比较辛苦,所以“尽力而为,不负韶华”。