郭霞,北京郵電大學教授,博士生導師,教育部"長江學者"特聘教授,第十屆、十一屆北京市青聯委員,中國物理學會女物理工作者委員會委員。
長期從事半導體光電子材料與器件的研究。國內第一個研製出高效能矽單光子探測器,達到國際先進水平,為“北斗”等鐳射測距系統提供了核心器件。
“任何一件事,研究到極致的時候都是一門藝術。資料也是美的,物理也是藝術,就比如麥克斯韋爾方程組,它實在是太美了。這個世界上怎麼會有這麼美的東西?”
一束通訊鐳射從中國的“北斗”衛星組返回地球,這是一段長達38000公里的旅程;遙遠的距離使得通訊鐳射的訊號逐漸減弱,在穿越大氣層時幾乎被散射殆盡,到達地面時,這束鐳射只剩下寥寥無幾的少數光子。如何在黑暗中探測到這幾個微弱的光子訊號,並將光轉變為電訊號進行處理,這是一個公認的難點。
“所以必須要做單光子探測,需要一雙黑暗中最明亮的眼睛。”北京郵電大學教授郭霞說。“其實它就是一種晶片。每一顆衛星都有一個鐘錶,我們必須保證每一個衛星鐘表高精度的時空一致性和時間精準性,提供統一的時間保障,這也關乎國家安全。”這位語調溫柔、眸子清澈的女科學家,說起自己的科研成果時,語氣十分堅定。
“高效能矽單光子探測器”就是這雙最明亮的眼睛。由於關係我國的國防事業,國際上曾對我國進行技術封鎖,為此中國投入了上億的科研經費。
“單光子探測器是公認很難製造的一款晶片,工作原理是矽物質中的電荷雪崩,相當於訊號的爆炸,如何控制這些看不見、摸不著的爆炸的訊號,包括反向擊穿的過程……難度非常大。”但是,郭霞還是攻克了難點,成為國內第一個研發出大光敏面、低抖動的單光子探測器的人。從此,中國人也可以透過自己的衛星導航系統,在方寸之間對廣袤大地瞭然於胸。
郭霞任教的北京郵電大學旁邊有一家7-11便利店,為加班的人們提供了巨大的便利。
“我們經常自己打趣:搞科研的哪裡是996?我們是711嘛!”郭霞笑說。
當年,她主動請纓為祖國解決單光子探測這個巨大的難題,壓力很大。現在,作為承擔著諸多國家重大專案的學科帶頭人,加班對郭霞來說,更是家常便飯。這背後的艱辛,一句雲淡風輕的“711”玩笑就可見一斑。
“任何事想要做出一點成績,你一定要比別人付出多得多”。
每天清晨6點,郭霞準時起床,在7:30之前到達任教的北京郵電大學,開始一天的工作:參加各種學院內外的會議、同青年老師和學生討論工作、與學生探討問題的解決方案,時間很快就來到了晚上。這時候她會專注於自己的工作,寫報告,給學生改論文……通常離開學校的時間是晚上9點之後,到家時女兒已經酣然入睡。每週工作六天,把週日留給家人。而人們豔羨不已的教師寒暑假,郭霞只給自己留一週的休整時段,其它時間,基本用來工作。
早年選擇了半導體物理專業,郭霞有幸成為國家培養的半導體物理人才。早在1998年研究生階段,郭霞就開始了LED的研發工作。“半導體的實驗很難。比如在做LED試驗時,為保證試驗的連續性,有時候從早上一直工作到晚上,每一個環節都必須謹慎再謹慎,絕不能出錯;只要有一處出錯,這次試驗就功虧一簣。”
聽起來難度超高,但郭霞從來不知道什麼叫害怕,她只會在失敗之後自責為什麼沒有預想到這些問題。她讓自己的學生放手去做,不要怕出錯,因為經驗往往是從錯誤中逐漸積累而成的。
中美貿易戰中,美方的打壓重點就是半導體。過去,中國安檢系統的重要晶片全部依賴進口;今天,這些晶片已經90%實現了國產化、產業化,並且擁有更為先進的技術和更加安全的效果。這也是郭霞的心血哺育而成的果實,這款叫做“矽光二極體”的安檢晶片與國家安全密切相關。
“過去,安檢影像的影象噪聲還是很大,這種噪聲越大就越影響安檢效果;同時,X光不能穿透金屬,所以假如把危險物品藏在一塊金屬裡,那麼X光就不可能穿透它,有可能帶來巨大的危險隱患。我的矽光二極體就是要解決這些問題,儘可能把影象噪聲降低,並對危險品更加敏感。”
研發矽光二極體對郭霞來說是一個巨大的挑戰。這塊晶片研發成功之後,不僅大大提高了中國安檢系統的技術水平,也促使國內一些安檢系統生產企業開發出了3D安檢系統,使安檢技術上升到了全新的高度。
“我很自豪,自豪的不是我拿了多少帽子和多少專案,而是我的矽光二極體和單光子探測真正投入了使用,它們又衍生了一些新的晶片,並且實現了國產化替代。國內的企業在生產我們的晶片,我們至少能做到與國外一樣。”
下一步,郭霞要研發一款用於原位與轉移癌腫影像監測的高科技醫療裝置PET-CT的國產晶片,這會對廣大的癌症患者提供巨大的幫助。她希望能把這項技術做到世界第一。
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解難題向來是郭霞的樂趣。物理就是對自然界的一種解釋,郭霞從高中階段起就對物理著了迷,她發現解釋自然界是一件很有意思的事。
“其實高中還沒畢業的時候,我自己就把兩本大學物理都看完了。後來喜歡上來了半導體的神奇,但是發現半導體涉及物理、化學、材料等多個學科的內容,要求要有很多方面的基礎;如果說資訊世界是一幢現代化大廈,那麼半導體就像搭建這幢大廈的一塊塊不同的積木,與人類的生活密切相關。”
勤奮好學的郭霞,求學道路也不是一帆風順,她曾在家境不好時放棄了一些學習的機會;而當境遇改善時,她立即回到了自己想走的道路上,她並不想捨棄自己想要的東西。
經過努力深造,2003年郭霞獲得了北京工業大學博士學位,之後一直在北工大從事教學科研工作,其中2007-2008年在美國UCLA進行學術交流,2016年作為人才被引進到了北京郵電大學。
“我覺得我是一個不願意服輸的人,我想做的就一定要去做,能走到今天跟我的性格有很大關係。我就是自己一點一點讀過來的,我能取得一些成果,是因為經歷了很漫長的一段歲月。”
那段漫長而艱辛的歲月,也將郭霞的性格打磨得更加堅韌不屈。科學永無終點,吸引著富有探索精神的先行者們不斷前行。
“前些天是我的美國導師80歲生日,你可能意想不到,這個80歲的老人依然堅持著996的工作時間,也不允許自己的學生有絲毫鬆懈。其實這也是我在美國交流學習時最深的體會,我們只知道美國的科技發展速度很快,但是我沒有想到他們竟然也是如此勤奮。”
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成為母親,也是郭霞生命中的重大事件。
“我們不是全職媽媽,但是付出的一點不比全職媽媽要少!孩子1歲之前完全離不開媽媽, 3歲之前的那段時間真是非常辛苦”。
一個在專業領域成績斐然的女人,在孩子面前卻變成了小學生。別人的寶寶吃了輔食,長得白白胖胖,自己的寶寶卻一口都不吃,這道題讓郭霞無解了;寶寶稍微有點不精神,郭霞就擔心她是不是發燒,緊張得不停摸寶寶的頭……幸好那段手忙腳亂的日子已經過去,如今女兒剛剛小升初,郭霞就為女兒未來的職業生涯謀劃起來。
郭霞深信母親對孩子的影響要大於父親,母親擔負的責任也更為重大,必須以身作則,比如愛學習的母親更容易讓孩子也愛上學習。儘管陪孩子的時間有限,但她已總結出高質量陪伴和高效的溝通方法;對孩子如何學會獨立,如何對待失敗與榮譽,都言傳身教。
“所以女人要想做出一點成績,肯定會比男人付出得多。”
當媽媽也給郭霞帶來了嶄新的力量。“經歷生育之後再回來做科研,我覺得自己多了一份耐力和細心,你的意志力和責任感都慢慢在工作中表現了出來。”
在《人類簡史》一書中,以色列歷史學家尤瓦爾.赫拉利發現自遠古時代起,女性就更多從事著養育與協助的工作,而男性則負責狩獵與戰鬥;然而在經濟與文明高度發展的今天,女性憑藉著自身的智慧與勤勉,獲得了更為平等的受教育權利和自我展示的機會。
“女性做科研與男性相比,男性的大線條和邏輯性會比較強,步幅會比較快;女性要細緻一些,她們更有韌性,細節處理更細緻,這是大多數男性做不到的。當然無論是男性還是女性,都能出成果,在科學領域中拿諾貝爾獎的女性也很多。”
在郭霞自己的科研團隊中,女生比男生多,甚至成績更好。差異不代表差距,郭霞始終鼓勵女生不要給自己設限,因為女性的能力從來不比男性弱。
郭霞還要求她的學生拿出的每一篇論文都是一件藝術品,甚至連論文的語言,都應該帶有韻律節奏。
“任何一件事,研究到極致的時候都是一門藝術。資料也是美的,物理也是藝術,就比如麥克斯韋爾方程組,它實在是太美了。這個世界上怎麼會有這麼美的東西?”
也許不在行的人們難以透徹理解物理學公式的奧秘,但看著郭霞比劃麥克斯韋爾方程組的雙手和陶醉的表情,也能被她的話語和態度深深觸動。這是一位女性科學家報效祖國的一腔熱忱,和探索無限科技的動人情懷。
出品人 / 沙小荔
策劃統籌 / 李津
造型 / Ginger
妝發 / 陳凌
攝影 / 張弘凱
採訪撰文 / 唐樺
微信排版 /Ankey寰
編輯助理 / 李欣宇