1959年10月1日,北京展覽館中央大廳排起了一條長隊,人們懷著好奇心耐心地等待著,只是為了看一看電子顯微鏡下蚊子翅膀上的“汗毛”是什麼樣子。這一幕至今仍舊讓姚駿恩難以忘懷。
當天人們用來觀看“蚊子翅膀上的汗毛”的顯微鏡是我國第一臺自行設計的XD-100型電子顯微鏡,是由姚駿恩主持設計、研製的。這項成果被列為中國儀器儀表行業從仿製到自行設計製造的一個標誌,此後我國在該領域不斷取得更高水平的成就,而姚駿恩也迎來了碩果累累的科研人生。
轉向應用物理
1932年,“一·二八”淞滬大戰前夕,姚駿恩一家從上海閘北寶山路逃難至附近的“法租界”居住,是年4月9日,姚駿恩在那裡出生。
姚駿恩的童年和少年時期是在戰火紛飛的年代中度過的,他讀小學時“八一三”淞滬抗戰開始,姚駿恩一家被迫再次遷到“法租界”居住。1941年,太平洋戰爭爆發後的一天,正在家中的姚駿恩突然聽見了一聲巨響,然後眼前一片火光,哭聲震天。他和哥哥姚駿發急忙跑出去看,才知道是日本兩架軍用飛機演習相撞,飛機墜落在離他家僅二十多米處,造成了幾十間樓房倒塌,他家弄堂對面房子的後半部已成一片瓦礫。那時,日本飛機經常在大中城市狂轟濫炸,而我們毫無還手之力。在“航空救國”的思想下,他在1949年報考了上海交通大學航空工程系,以及清華大學、大連大學等。
最後,姚駿恩選擇了大連大學工學院電機系。他曾表示,選擇大連大學的主要原因是,共產黨使他看到了光明和希望,而大連大學是共產黨在解放區自己創辦的第一所正規大學,是為即將誕生的新中國培養建設人才的地方。
姚駿恩和上海中學的幾十名同學一起乘坐學校包租的火車專列去大連,途中還遭到了國民黨飛機的轟炸。那時,上海剛解放 ,去東北的火車尚未開通 ,路過南京時 ,還遭到國民黨飛機的轟炸 。在東北廣闊的土地上,他們這輛“專列”,邊開車,邊修路,終於在新中國成立前夕到達了大連。
那一年年底,學校為了瞭解這批學生的學習水平,進行了摸底考試。考試那天的監考老師是我國著名光學家王大珩,後來姚駿恩是這樣回憶他第一次見到王大珩的情景的:“有位監考老師在我旁邊站了一會兒,交卷時老師簽名,我一看像是“美術”兩字,至今還記憶猶新。”
當時,大連大學工學院沒有應用物理系,於是1950年秋,王大珩動員學生轉學應用物理。他說:“學應用物理的人他不是萬能的,不是什麼事情都能做,但是他能知道這件事情可以找誰來做,誰來解決。”就這樣,包括姚駿恩在內的20名同學成為新中國第一個應用物理系的首批學生,姚駿恩擔任班長,後又被選為校學生會數理分會主席。
1951年大連大學應用物理系班級合影 (最後一排右三為姚駿恩)
1952年,為了支援國家第一個五年經濟建設計劃的需要,全國大學物理系的學生全體提前一年畢業,姚駿恩、王之江和王乃弘等五位學生進入中國科學院儀器館(現為長春光學精密機械與物理研究所,簡稱光機所)參加工作。從設計大禮堂的坐椅、採購實驗儀器裝置等到研製精密電阻箱,姚駿恩在工作中不斷積累經驗,不斷成長,逐步培養了他獨立進行科研工作的能力。
創造多個“第一”
1956年,我國制定了《十二年科學技術遠景規劃》,由王大珩等組成的儀器規劃小組,提出要研製電子顯微鏡。蘇聯顧問卻認為:專案難度太大,十二年內中國做不出來,不要列入規劃,中國如要用,可向蘇聯買。但是,眼光長遠的王大珩並沒有放棄電子顯微鏡的研製設想,他於1958年大膽提出由長春光機所研製電子顯微鏡,以武漢病毒研究所才到貨的日本中型電鏡作為參考,透過夜以繼日的艱苦奮鬥和對工作的高度協調,僅僅用了72天就製造出我國第一臺電鏡,加速電壓為50kV,分辨本領達10nm。後來,這臺電子顯微鏡作為光機所研製成功的“八大件”之一,於當年國慶節前夕在北京中關村展出,還受到了毛主席的讚賞。
1956年6月19日在北京西郊賓館參加全國十二年科學規劃的全體工作人員合影 (一排右七為姚駿恩)
是年11月,姚駿恩一人去武漢歸還作為參考的日本電鏡,然而因為這臺日本電鏡是被拆成了零部件再重新裝起來的,因此出現了不少問題,就連機械泵也出了問題。正所謂“初生牛犢不怕虎”,姚駿恩大膽地把它拆開,清洗精密的旋轉刮板後再裝起來,經反覆除錯,這臺電鏡的各項效能終於恢復到原來的出廠指標。
1979年5月中國科學院電子顯微鏡訪日考察團部分成員合影 (右一為姚駿恩)
當時有人提出質疑,光機所研製的電子顯微鏡是仿製的,你們能自主設計嗎?為此,1958年9月,長春光機所成立電子顯微鏡研究小組,決定自行設計研製100kV大型電子顯微鏡,由姚駿恩任組長和課題負責人。他參考了國外有關文獻和當時世界上最先進的德國西門子公司Elmiskop型電子顯微鏡產品樣本,很快就完成了電子顯微鏡電子光學系統和電磁透鏡的設計,並提出了對機械、電子線路等要求。1959年9月末,經過10個月的夜以繼日的工作,姚駿恩率領研究小組終於研製成功我國第一臺自行設計的XD-100型電子顯微鏡。
之後,這項成果被列為了中國儀器儀表行業從仿製到自行設計製造的一個標誌和“中華人民共和國四十年重大科學技術成就”之一,並收入《自然科學大事年表》。當年10月1日,這臺10萬倍電子顯微鏡作為一項重大科技成果,在北京展覽館中央大廳按時展出,它的巨大模型列在中國科學院遊行隊伍最前面,接受了檢閱。
1964年,姚駿恩在XD-100的基礎上,又設計研製DX-2型100kV電子顯微鏡,重點解決了電子顯微鏡的“心臟”——物鏡極靴的研製和髙穩定度100kV髙壓電源的問題,分辨本領達到當時的國際先進水平0.4/0.5nm。1965年,他在《科學儀器》雜誌上發表了我國第一篇詳細論述電鏡設計製造的論文,對國內的電鏡研製工作起到了先導作用。
1980年中國儀器儀表學會表面分析委員會會員合影 (左四為姚駿恩)
到了20世紀70年代以後,姚駿恩的科研事業蒸蒸日上。1973~1975年負責指導完成我國第一臺掃描電子顯微鏡研製;1987~1988年率先在國內提出並主持完成掃描隧道顯微鏡的研製和生產;1991~1993年提出並主持完成我國第一臺超分辨光子掃描隧道顯微鏡,還主持研製了原子力顯微鏡。累累碩果也讓姚駿恩榮獲了很多榮譽,他榮獲了國家科技進步獎二等獎及全國科學大會獎等11項國家和省部級科技獎,還獲得了中國電子顯微鏡學會的“錢臨照獎”和“橋本初次郎獎”。
1994年4月,姚駿恩在中國科學院北京科學儀器研製中心正式退休。
繼續獻力航天
進入新世紀,姚駿恩在事業上迎來了“第二春”。2001年,他當選中國工程院院士。同年,他參與研製生產的Nspm-6800型掃描探針顯微鏡獲得了2001BCEIA金獎。2003年,他進入了北京航空航天大學,任教授、校學術委員會副主任,航空科學與技術國家實驗室(籌)首席科學家和理學院物理研究所所長。姚駿恩說:“這實現了他54年前報考航空工程系為祖國航空事業服務的願望。”對此,他倍加珍惜。
在北京航空航天大學期間,姚駿恩兢兢業業,只爭朝夕,儘自己最大的力量做好工作:開拓學科方向、培養科研人員。在國家自然科學基金和科學技術部等支援下,他負責完成了“奈米解析度活細胞掃描探針原位實時顯微觀測系統的研究”、“複雜系統與空間物質結構科技創新平臺”的子平臺——空間物質奈米級就位測試、“掃描電鏡增配聚焦離子束奈米加工系統”、“場發射槍透射電子顯微鏡”等研製專案,並籌建了“微納測控與低維物理教育部重點實驗室”等相關實驗室。
姚駿恩將這次工作機會比喻為“第四次創業”,第一次是中科院在長春光機所主持設計、研製10萬倍大型電子顯微鏡;第二次是在中科院北京科學儀器廠研製我國第一臺掃描電鏡,第三次是在中科院北京電子顯微鏡開放實驗室主持完成掃描隧道顯微鏡的研製和生產工作。他說:“這是我的第四次創業,我希望重振我國電子顯微鏡製造事業;發展空間奈米測控技術,在進行太空探測時,能用上中國自己研製的超顯微分析儀器,把原子力顯微鏡等超顯微鏡放到空間,在月球、火星表面實現奈米量級的就位測量……”
除了堅守在科研、教學的第一線外,姚駿恩還積極為中國的電鏡事業出謀獻策。他曾與王大珩等院士向國家呈交了“建立我國自己的奈米測量儀器和奈米加工裝備製造業”的“工程院院士建議,又於2006年初提出了“振興我國的電子顯微鏡製造事業”的建議。在他的積極推動下,“場發射槍透射電子顯微鏡的研製”被列為了“十一五”國家科技支撐計劃的重大課題。
如今,我國電子顯微鏡研製事業已經取得了質的飛躍,相關技術被廣泛應用於醫學、生物學、地質學、考古學等多個領域。而這些成就的取得,離不開姚駿恩等老一輩科學家的無私付出,正是他們的一腔熱血,才讓我國很多領域從寸步難行變成不斷前行!