90后女孩趙保丹的生活里有兩個世界。
一個是現(xiàn)實(shí)的物理世界，她的身份是浙江大學(xué)光電科學(xué)與工程學(xué)院的一名青年教師，梳著利落的短發(fā)，生活里喜歡很少女的藍(lán)色和粉色、喜歡追劇和胡歌，“方向感不太好，分不清東南西北”，但是能和跟她幾乎同齡的博士生們“打成一片”。
另一個世界由手套箱、蒸鍍儀、器件表征設(shè)備、X射線衍射儀、掃描電子顯微鏡、熒光光譜儀、超快激光光譜儀等構(gòu)成，借助這些普通人難以想象和理解的精密儀器，趙保丹可以走向充滿鈣鈦礦晶體的微觀物理世界。在那里，她的思維和創(chuàng)意以一片片晶體為原點(diǎn)，向外發(fā)散、延展，直至科學(xué)探索的邊界。
在前一個世界，她是閃閃發(fā)光的元?dú)馀?，談起“理想型”會害羞。在后一個世界，她是暗夜前行的睿智學(xué)者，2020達(dá)摩院青橙獎唯一的女性得主。在“30而已”的年紀(jì)，少女與硬核，毫不費(fèi)力地共存著。
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站在杭州湖畔大學(xué)的會議室里，趙保丹講起鈣鈦礦帶給她的科研故事。
雖然今年剛滿29歲，趙保丹已經(jīng)有一張非常漂亮的科研成績單。她參與撰寫過20余篇SCI論文、在《自然》《科學(xué)》《細(xì)胞》系列等世界級科學(xué)期刊上共同發(fā)表7篇論文；她突破了“鈣鈦礦LED效率”的世界紀(jì)錄，還在2019年獲得《麻省理工科技評論》中國區(qū)“35歲以下科技創(chuàng)新35人”的稱號。
趙保丹和鈣鈦礦的緣分要從2014年開始。那年，她在南京大學(xué)物理系讀完本科，申請到了劍橋大學(xué)的博士修讀機(jī)會，加入卡文迪許實(shí)驗(yàn)室，導(dǎo)師是世界知名光電物理學(xué)教授Richard Friend院士。
很多申請這個研究院的學(xué)生都有碩士經(jīng)歷，趙保丹是個本科生，年紀(jì)就比同級入學(xué)讀博的同學(xué)們小一點(diǎn)，而且，本科階段更重理論而非實(shí)驗(yàn)，僅僅在實(shí)驗(yàn)室做過一年的研究助理，課余時間參與過一些科學(xué)研究，但都比較淺顯。
對于搞研究這件事，用她自己的話形容，“完全是一個萌新”。
那時，趙保丹還不知道在光電物理領(lǐng)域，一場新材料的變革已經(jīng)悄然興起。
2009年，日本科學(xué)家宮坂力團(tuán)隊(duì)首次將鈣鈦礦材料用于染料敏化太陽能電池中，作為吸光材料，獲得3.8%的光電轉(zhuǎn)化效率。這意味著早在1839年就被發(fā)現(xiàn)卻一直難以獲得穩(wěn)定光電轉(zhuǎn)化效率的鈣鈦礦有了應(yīng)用的可能性。之后，鈣鈦礦電池成為國內(nèi)外頂尖高校物理實(shí)驗(yàn)室的研究目標(biāo)，還入選美國《科學(xué)》2013年十大科學(xué)突破獎。也為能源、環(huán)保和材料等領(lǐng)域的科研人員提供新的研究方向。
2014年，趙保丹所在實(shí)驗(yàn)室的師兄師姐組成的一支課題小組發(fā)表了第一篇鈣鈦礦發(fā)光二極管的論文，在世界范圍內(nèi)獲得了關(guān)注。也是因?yàn)檫@件事，趙保丹注意到了鈣鈦礦。
作為一種新材料，鈣鈦礦雖然發(fā)光特性表現(xiàn)得優(yōu)異，但真的要投產(chǎn)使用的話，還有很多有待開發(fā)和完善的空間。首先，它不夠穩(wěn)定，最初在實(shí)驗(yàn)室中，鈣鈦礦LED的發(fā)光時長經(jīng)常不超過十秒，如果要實(shí)現(xiàn)應(yīng)用，這個穩(wěn)定性還遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠。另外，鈣鈦礦中還存在有毒物質(zhì)，鉛，必須通過一定的化學(xué)物理手段降低這種材料的毒性，才能讓它得到廣泛的應(yīng)用。
對于大部分卡文迪許實(shí)驗(yàn)室的研究員們來說，鈣鈦礦都是一個幾乎全新的、陌生的領(lǐng)域，雖然有很多還未開發(fā)的空間，但“大家對新的課題和方向還是持有懷疑態(tài)度”。趙保丹有股初生牛犢的氣勢，她是一個科研新手，理論上大部分課題對她來說都是“新”的。
她決定加入這個課題小組，投入鈣鈦礦發(fā)光的研究。
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那是一個遠(yuǎn)比她想象得更豐富的世界。
181年前，德國化學(xué)家古斯塔夫·羅斯在俄羅斯烏拉爾山探險(xiǎn)時，發(fā)現(xiàn)了天然礦物鈦酸鈣，這是人類首次發(fā)現(xiàn)的第一種鈣鈦礦。趙保丹說，雖然鈣鈦礦名字叫“礦”，實(shí)際上是一類晶體結(jié)構(gòu)的總稱，學(xué)術(shù)界將滿足ABX3化學(xué)式結(jié)構(gòu)的、與鈦酸鈣擁有相同晶體結(jié)構(gòu)的物質(zhì)都叫做鈣鈦礦。
在這個結(jié)構(gòu)式里，A、B、X都可以自由替換，不僅可以是單一離子，還可以是某種有機(jī)基團(tuán)，也就是說，符合這個條件的材料種類是無窮無盡的，對于科研人員來說，鈣鈦礦的豐富性也構(gòu)成了科研的豐富性。
在熒光顯微鏡下，趙保丹制作出來的鈣鈦礦晶體可以發(fā)出各種各樣的顏色，彩虹色色帶上的每一個顏色她都見過。
她經(jīng)常會想到和Richard Friend院士第一次開會時，導(dǎo)師告訴她的話：“你要多和別人聊天，找到你真正感興趣的事情，劍橋會給你時間、給你自由讓你去做你想做的研究。博士學(xué)位是屬于你自己的，你要對你自己的學(xué)位負(fù)責(zé)?！?/p>
在英國讀博的四年，她把大部分時間都貢獻(xiàn)給了實(shí)驗(yàn)室，每天除了吃飯睡覺，她都泡在實(shí)驗(yàn)室里搞科研，是整個實(shí)驗(yàn)室100多個成員里最勤奮的幾個人之一。
部分光學(xué)實(shí)驗(yàn)對光的敏感度比較高，科研人員們更傾向于在晚上做實(shí)驗(yàn)，夜晚也更安靜，讓人能更沉下心來思考。趕項(xiàng)目的時候，趙保丹除了看文獻(xiàn)，還曾經(jīng)連著四五天在實(shí)驗(yàn)室里通宵。
剛到劍橋的時候，趙保丹還是一個看上去比較弱小的中國女孩，她沒有科研經(jīng)歷，語言上還存在一些障礙，不僅是導(dǎo)師，可能很多人都一度對她沒有特別高的期望。趙保丹的一位師姐曾經(jīng)特別擔(dān)心她在實(shí)驗(yàn)室的狀態(tài)，“看上去什么都不會，什么都不懂，怎么適應(yīng)國外的學(xué)術(shù)生活？”
但她自己倒是神經(jīng)大條。和科研萌新合作會比較辛苦，有的人不是那么愿意和沒經(jīng)驗(yàn)的博士生一起合作，遇到困難時，趙保丹也總是敢于表達(dá)，因此也能得到別人的幫助。在自己的摸索中，趙保丹漸漸找到了科學(xué)研究的門路。入學(xué)半年后，師姐過來探望她，驚訝于她突飛猛進(jìn)的成長。
趙保丹在鈣鈦礦領(lǐng)域的第一個代表作，產(chǎn)生于劍橋。她利用鈣鈦礦和聚合物的異質(zhì)結(jié)構(gòu)，幾乎完全抑制了材料本體和器件界面上的非輻射損失，實(shí)現(xiàn)了接近100%的內(nèi)量子效率。這篇論文撰寫完成后，作為封面論文發(fā)表在《自然·光子學(xué)》上。
整個研究花了一年半時間，在讀博的第三年，終于問世了。最初看到這些研究數(shù)據(jù)時，Richard Friend院士表現(xiàn)得非常吃驚，“有一瞬間他可能甚至不相信是我做的”，趙保丹說，“他應(yīng)該覺得很意外”。
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采訪的過程中，只要聊到科研的話題，趙保丹都表現(xiàn)得極其樂觀。那些讓很多博士生痛苦的論文、畢業(yè)、答辯、就業(yè)煩惱，好像統(tǒng)統(tǒng)都和她是絕緣的。
倒不是說，她的項(xiàng)目每一個都順風(fēng)順?biāo)?。?shí)驗(yàn)做不出來，效率怎么都提不上去，想了很多辦法依然沒頭緒的日子也有很多，經(jīng)歷的困難要是真的數(shù)也確實(shí)很難數(shù)清楚，可這些并沒有干擾到趙保丹的心態(tài)。
“搞科研就是很快樂?！闭f起這個結(jié)論時，趙保丹的語氣會讓你相信她是真誠地?zé)釔劭蒲小?/p>
趙保丹是江蘇人，從小理工科就非常好，喜歡鉆研問題。讀高中的時候，她的數(shù)理化成績一直名列前茅。一開始，她最喜歡化學(xué)，因?yàn)椤盎瘜W(xué)給人感覺很豐富”。到了高三的時候，做題做得多了，她發(fā)現(xiàn)化學(xué)考試好像更看重細(xì)節(jié)，“經(jīng)常給你挖個坑，比如說，寫某個材料的化學(xué)式/結(jié)構(gòu)式，一定要看準(zhǔn)題目才能做對，規(guī)則比較復(fù)雜”。
但物理卻給她完全另一種感覺，不僅題目本身是簡潔的，解題到最后，大部分看似復(fù)雜的問題都可以指向牛頓三大定律這樣的原理。那種感覺形容起來的話，趙保丹做了一個類比，“就像背古詩，背一首、兩首，后面還有很多。但是物理是，你學(xué)得越多，最終統(tǒng)一到很少的幾個公式，反而變得越少?！彼f，“這是很美的一件事”。
發(fā)現(xiàn)了這個“奧妙”之后，她物理題做得就越來越快，準(zhǔn)確度也非常高。幾乎是在那一刻，趙保丹就決定了大學(xué)就選擇了物理方向。
在研究風(fēng)格上，趙保丹也是比較務(wù)實(shí)的那一派。南大的物理系就比較注重理論和實(shí)踐的結(jié)合。而博士生導(dǎo)師Richard Friend院士更是一個把基礎(chǔ)研究和實(shí)際應(yīng)用都做得非常好的科學(xué)家，他不僅有學(xué)術(shù)水平超一流的論文與發(fā)明，影響了整個學(xué)術(shù)界，而且還推動把聚合物光電子器件用于實(shí)際應(yīng)用，推動了產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。
博導(dǎo)是趙保丹最敬佩的科學(xué)家。
回國后，趙保丹加入了浙江大學(xué)，成為一名年輕的博士生導(dǎo)師。她想延續(xù)自己老師的風(fēng)格，不給學(xué)生設(shè)限，讓每個人保持對科學(xué)的好奇心和創(chuàng)造性。在趙保丹看來，科學(xué)是需要創(chuàng)造力的，就像藝術(shù)一樣?！翱茖W(xué)也需要靈感，需要傾注心血去反復(fù)打磨，最終獲得一個完美的作品。”趙保丹說。
成為博導(dǎo)是一個新的挑戰(zhàn)，她不僅要指導(dǎo)學(xué)生，還要管理實(shí)驗(yàn)室，這些構(gòu)成一個更復(fù)雜的系統(tǒng)，需要她在其中組織和協(xié)調(diào)。以前，她有很多時間自己去做實(shí)驗(yàn)，現(xiàn)在幾乎不能親自泡在實(shí)驗(yàn)室了。但她的科學(xué)夢想一直還在。
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8月，趙保丹參加了一場由阿里巴巴達(dá)摩院主辦的學(xué)術(shù)答辯會。9月9日，達(dá)摩院對外公布2020年“青橙獎”評選結(jié)果——本年度最具科研潛力的10位中國青年科學(xué)家。其中唯一的女性就是趙保丹。
青橙獎是達(dá)摩院在2018年設(shè)立的公益性學(xué)術(shù)評選，目的是選拔和支持35歲及以下的優(yōu)秀的中國青年科學(xué)家。在科研這個注定只有少數(shù)“天選之子”才可踏足的深幽領(lǐng)地，青橙獎名單透露出中國青年學(xué)術(shù)圈令人望而生畏的金字塔光芒——10位選手，平均年紀(jì)31.9歲，“人均履歷”是教授、副教授、研究員，“人均成就”是普通人讀不懂的頂級論文、重大突破和世界紀(jì)錄。
趙保丹在鈣鈦礦領(lǐng)域的研究，讓她在20位候選者中脫穎而出。她答辯的時候，候場的選手們屏息聆聽，目露欽佩之意。答辯結(jié)束，她覺得與評委們相談甚歡，自己給自己鼓勁：“可可愛愛丹丹子沖鴨！”
在這個看似嚴(yán)肅的場合，她也并不掩飾自己的天性，并不擔(dān)心她的“少女態(tài)”會觸發(fā)什么不利于她的社會成見?？茖W(xué)家是用專業(yè)說話的。趙保丹用一個科研版的“女性力量”故事，打破了很多人對科學(xué)家的刻板印象。
事實(shí)上，出現(xiàn)在青橙獎名單上的新一代中國科學(xué)家，都表現(xiàn)出了某種消解成見的“破壁”特性?？茖W(xué)家不一定兩耳不聞窗外事，山東大學(xué)教授聶禮強(qiáng)要求他的博士生“做社會需要的人”，會開車、會做飯、會戀愛，博士畢業(yè)之前跑完半馬；研究工業(yè)控制軟件的清華大學(xué)副教授姜宇，曾經(jīng)也是認(rèn)真追劇的“宅宅”，劇目名單上有《捧日之月》、《來自星星的你》、《藍(lán)色生死戀》；北大楊詩武曾是湖北黃岡著名的奧數(shù)金牌得主，并且成長為了世人想象中的數(shù)學(xué)家，當(dāng)他投身深不見底的宇宙和黑洞研究之時，仍然不忘為普天下的“天才”說話：不是每個天才都有義務(wù)走科研道路，人最重要的是按自己的而非別人的意愿生活。
達(dá)摩院給了每位獲獎?wù)?00萬獎金，阿里承諾對他們開放所有科研資源。達(dá)摩院院長張建鋒說，達(dá)摩院支持青年科研人才不求回報(bào)。100萬獎金不一定要投用在科研項(xiàng)目上，想怎么怎么花，科學(xué)家們甚至可以拿來買房、付首付、改善生活。
這也是在打破長久以來的社會偏見：做科研的人一定要清苦、要奉獻(xiàn)、要犧牲自我。達(dá)摩院說，不是這樣的，人是一切的基礎(chǔ)，作為人的科學(xué)家才是社會創(chuàng)新的源動力所在。支持科學(xué)家的自我發(fā)展，就是支持科研。
對于趙保丹來說，這筆獎金意味著，她在很長一段時間里，不需要為了增加收入而去做自己不喜歡的研究。
在科研的世界里，你做的妥協(xié)越少，你離夢想就越近?，F(xiàn)在，全世界的發(fā)光二極管知識產(chǎn)權(quán)大多被美國、歐洲、日本和韓國壟斷，“研究新興的材料其實(shí)也是為了打破這些壟斷，在這個領(lǐng)域中占據(jù)知識產(chǎn)權(quán)的優(yōu)勢?！壁w保丹說。
鈣鈦礦的世界還有很多未知等待她去探索。她堅(jiān)持不懈做好自己，就是做好科研。
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