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          客觀日本

          【國際人才環流】RIKEN:卓越的尖端電子顯微鏡技術為自旋電子學領域開辟新道路——專訪理研于秀珍課題組長

          2023年12月26日 交流

          加強國際人才環流是研究開發工作充滿活力的必要條件。日本需要積極推進全球“知識”的交流,增強研究和創新能力。為此,在推進研究環境的國際化的同時,促進國際人才的交流,確保日本緊密融入國際人才環流渠道非常重要。

          “國際人才環流”特輯將通過對研究一線的科研人員的采訪,介紹日本研究一線為促進國際人才環流,創造卓越研究成果而實施各種舉措的現狀和課題,同時介紹吸引全球研究人員的重要因素——日本研究環境的魅力。本次我們采訪了日本理化學研究所(理研)CEMS電子顯微鏡研究課題組長于秀珍。

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          于秀珍課題組長

          大學選擇了熱門電子學專業,畢業后赴日留學

          于秀珍是一位曾多次獲得國內外大獎,受到世界矚目的數學物理學領域的研究人員。2023年11月,于秀珍與恩師十倉好紀先生共同入選江崎玲於奈獎。于秀珍在中國取得碩士學位后來日,先后在產業綜合技術研究所(AIST)以及物質與材料研究機構(NIMS)從事研究,同時還于2008年在日本的東北大學取得了博士學位。2011年進入理研擔任研究員。近年來,特別是在使用電子顯微鏡觀察斯格明子方面取得了重大成果。

          于秀珍祖籍山東省青島市,據她介紹,受家庭環境的熏陶,她從小就想著成為一名科學家。學生時代受半導體和超導技術熱潮的影響,她考入了當時被譽為中國半導體第一人的專家高鼎山先生所在的吉林大學攻讀電子學專業。

          當時正是日本在半導體領域引領世界的時代,于秀珍也向往能到日本從事研究工作。同為大學同學的丈夫作為日本文科省的公費留學生到東京大學留學,一年后,她也在取得碩士學位后來到了日本。來日本的過程一切都很順利,但在那之后卻迎來波瀾萬丈的生活。不僅語言有障礙,而且女性要想成為一名出色的研究人員,日本大學的學位是不可缺少的,但她取得博士學位卻花費了很長時間。

          轉機出現在她參加東京大學十倉好紀教授主持的JST ERATO自旋超結構項目的時候。于秀珍回顧道“我非常幸運。在該項目工作了5年左右,懂得了搞科學研究的快樂。我能拿到博士學位也多虧了十倉先生的指導與教誨”。

          之后,于秀珍在NIMS學習尖端電子顯微鏡的時候,十倉教授在理研成立了新的研究中心,于是她于2011年來到了理研,并從2013年開始在十倉教授擔任中心主任的創發物性科學研究中心(CEMS)擔任研究員?!笆畟}先生不僅是出色的科學家,人格也極具魅力,在他手下只要努力工作,其他的一切都不用擔心。我對于十倉先生真是萬分敬仰”。

          2017年,于秀珍被晉升為為電子顯微鏡研究組的課題組長。

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          于秀珍課題組長

          拍攝旋渦狀磁性構造的斯格明子

          于秀珍在理研的主要研究內容是在電子顯微鏡中生成并觀察斯格明子。

          斯格明子是由英國的托尼·斯格明(Tony-Skyrme)博士于1962年在解釋與電子不同的粒子性質時提出的概念。斯格明子(skyrmion)英文名稱中的“on”在希臘語中是粒子的意思,skyrmion就是“Skyrme博士的粒子”的意思。具體指由固體中的電子自旋形成的大小在幾十到幾百納米之間的旋渦狀磁性構造。

          磁體中存在斯格明子在理論上早有預言。2009年,德國的研究團隊在錳和硅的合金中發現了斯格明子晶格,但不是單個的斯格明子,斯格明子內部的電子自旋排列也不清楚??戳说聡鴪F隊的論文后,十倉教授立即指示于秀珍用電子顯微鏡直接觀察斯格明子。要觀察納米尺寸的物體,需要使用高倍率透射電子顯微鏡,而被十倉教授稱贊為“擁有神一般的眼睛”的于秀珍,是運用NIMS松井良夫博士團隊的電子顯微鏡實現了對斯格明子的觀測。松井良夫博士是日本的知名的透射電子顯微鏡的專家。

          當時,于秀珍認為這是一項非常困難的挑戰。在電子顯微鏡中生成穩定的斯格明子并直接觀察是極其困難的,很長一段時間里一直是反復嘗試反復失敗的狀態。直到后來,于秀珍嘗試將鐵、鈷、硅的合金制成厚約20nm的薄片,并在極低溫下對薄片施加磁場以生成斯格明子,并通過洛倫茲電子顯微鏡法進行直接觀察。這是一項需要一個人在昏暗的房間里持續盯著顯示器,高度集中注意力的實驗。三個月后的一天,顯示器上終于出現了一個小斑點。這便是世界上首次成功地直接觀察到斯格明子的瞬間。時間是在2009年末。由此,薄膜中具有自旋旋渦結構的斯格明子能夠作為一個粒子穩定存在的現象被人類認知。此后,于秀珍一直在嘗試在更大的溫度范圍內生成穩定的斯格明子晶體。

          斯格明子之所以備受關注,是因為它的高密度磁性旋渦性質有望被應用于硬盤之類的存儲設備中使用的高靈敏度磁性傳感器元件,這種具有前所未有的新物理性質的材料,有望在自旋電子學領域開辟一條新的道路。于秀珍表示“我的任務是觀察各種物質,確定斯格明子的存在,并將這些信息分享給進行相關應用研究的人員。(參考文末注)

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          2010年首次直接觀察到的斯格明子晶體(圖片出處:RIKEN NEWS)

          作為外籍女性課題組長

          于秀珍升任課題組長也符合理研的增加女性PI的方針。

          “我作為外國人擔任課題組長的優勢是,在國際團隊中便于溝通,也便于從國外招募年輕的研究人員”。

          于秀珍的研究團隊成員由來自阿根廷、馬來西亞、中國、歐洲、美國、日本等國家的研究人員組成,具有濃厚的國際色彩。雖然團隊內部的溝通以英語為主,但于秀珍建議團隊成員“大膽地說日語,即使說錯了也沒關系”?!拔覄倎砣毡镜臅r候,也只會說‘你好’之類的簡單用語,語言是交流的工具,只要說就一定能進步”。

          于秀珍表示,作為課題組的負責人雖然很辛苦,但很充實?!暗谝淮蝸砣毡镜耐鈬芯咳藛T會問:‘日本怎么有這么多規矩’。的確,日本有很多與其他國家不同的規則。比如在疫情期間嚴格佩戴口罩等,所以即使是一些瑣碎之事,也會逐一解釋到每個人都能接受為止。畢竟,如果團隊不能和睦相處,就不可能獲得好的研究成果。雖然一開始會有很多事情需要解釋,但通過花時間與團隊成員溝通,最終獲得大家的理解,研究也得以順利推進?,F在大家相處得非常融洽?!?/p>

          這種培養全球化人才的感覺讓作為課題組長的于秀珍感到非常有意義。她的研究團隊的成員大多是剛剛獲得博士學位的年輕人,在團隊中的時間也相對較短。有一位在中國也屬于頂尖水平的女博士后剛來的時候,發現她與日本學生相比基礎能力有些不足,為此于秀珍便對她從基礎開始指導。一年后,女博士后取得了突飛猛進的進步,并獲得了扎實的研究能力。由于她取得的成績優秀,在今年春天她獲得了北京大學的教職?!翱吹剿玫搅诉@樣的教職,我感到非常高興”。

          于秀珍花時間指導的一位美國博士后也獲得了電子顯微鏡領域處于世界先端水平的美國某研究所的一個非常好的職位?!八妥哌@些年輕的研究人員到新的研究崗位,就好像父母送自己的孩子奔向前途一樣高興?!?/p>

          最初在團隊中幾乎很少說話的日本人研究員,現在也能在團隊中使用英語進行溝通了?!叭毡镜膶W生很拘謹,而國外的學生有了想法馬上就會表達出來。這樣可以相互刺激,發揮出相加效應”。

          于秀珍表示,“現在回想起來,我真的很榮幸能當課題組長”。

          理研的研究環境與國際人才環流

          在理研的五神真理事長提倡的“2030年愿景”中,國際人才環流被描述為“人才無國界(brain without borders)”。這是一個非常意思的表述。于秀珍本人就是“人才無國界”的一個范例。

          “理研擁有無可挑剔的優秀研究環境。畢竟它是日本最頂尖水準的自然科學綜合研究所。理研注重全球化,非常開放。五神理事長重視獨創性、創造性和國際人才環流。理研設有為能力出眾的青年研究員提供作為課題組長獨立研究的“理研白眉制度”,以及在此基礎上進一步擴展的“理研 ECL(Early Career Leader)制度”、給研究生發放工資、提供研究設施、安排資深研究人員直接指導的“理研學生研究員(RSR)制度”等等一系列非常棒的制度。日本國內的其他大學和研究所對于來自外國的博士后親自操作設備常會有一些保守的限制,但在這一點上,理研的開放性和國際化是非常突出的”。

          “我所在的理研CEMS(創發物性科學研究中心),匯集了許多著名的理論研究人員和實驗研究人員,具有將理論和實驗結合起來共同推進研究的優勢。我的夢想是利用這種優越的環境,開展更加深入的前沿研究,希望將來自己的研究能夠為可持續發展的社會做出貢獻”。

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          于秀珍課題組長在電子顯微鏡設備前

          研究的質量比論文數量更重要

          目前,日本重新認識到國際人才環流的重要性,對于日本的研究能力下降,于秀珍并不完全持悲觀看法。

          “雖說日本的研究能力有所下降,但仍處于世界的前列。中國的研究人員總數多,論文數量也的確實現了快速增長的趨勢,但是評價研究的時候重要的不是論文的數量,而是研究的質量。研究成果能在未來為人類社會的可持續發展做出貢獻最為重要”。

          基礎科研能力對研究人員而言極為重要

          在回答對有興趣在日本從事研究工作的海外研究人員的建議時,于秀珍強調了基礎科研能力的重要性。

          “在日本搞研究非常重視基礎,所以我認為來日本之前最好能擁有扎實的基礎知識。這是研究人員應該具備的基本能力。沒有基礎知識,就無法自己判斷所做的研究是否真的正確,這是很可怕的事情”。

          “雖然現在有些變化,但當時我們就讀的吉林大學和日本一樣重視基礎教育。我的專業雖然是半導體物理,但高等數學和量子力學等都是必修科目,當然必須合格才能畢業。在大學的努力學習,讓我物理基礎比較扎實,所以當我來到十倉老師的凝聚態物理學這一深奧領域工作時并沒有感到太大的不適。即使在我的主攻電子顯微鏡的領域里,要想做好研究,不僅要有實驗的能力,更要充分理解物質凝聚相的物理性質”。

          “在日本,我認為先做好扎實的基礎研究之后,再做最前沿的研究為好。我并不反對從事熱門流行的研究,但如果只想做流行的研究,最好還是選擇其他國家。如果堅持在日本做最流行的研究,那么最好事前好好地調查一下,以免來后失望。無論如何,沒有扎實的基礎知識,就不可能取得科研上的成功”。

          學習日本的文化也很重要

          于秀珍還表示,來日本不僅要做研究,還要積極學習日本的文化和探索日本生活的美好,這一點也很重要。

          “日本的優點不用我贅述。這是一個創造了很多品牌的發達國家,社會穩定也非常具有魅力。日本風景宜人,環境優美,日本文化也在全球掀起熱潮。我希望來日本的研究人員不僅要做研究,還要享受日本的生活和文化。我們的中心主任對新來的研究人員一定會說:“Please enjoy your research at RIKEN, as well as Japanese culture.”

          “我生活在日本多年,研究之所以進展順利,我想是因為我原本就喜歡日本文化,希望融入這個社會的緣故。我認為不應該因為自己是外國人,就認為自己只要做研究就好,不必關心日本文化,也不需要融入日本社會。了解當地的文化,才能與周圍的人進行交流”。

          “比如,以前在中國,不吃光飯桌上的食物是對主人禮貌,但在日本,全部吃干凈才是正確的做法,這讓我頗感驚訝。又比如最初我認為購買瓶裝茶很正常,但后來有歐洲和日本的朋友告訴我,為了保護環境,盡量自己泡茶喝。如此這般,我學到了很多日本人的優點。當然,中國也有很多優良傳統。我認為在保留我們自己良好的傳統的同時,認真學習日本人的優點也很重要”。

          性別問題

          理研也面臨著改善研究人員男女平等的問題。

          “確實,與中國相比,一般日本女性進入社會,不僅在研究領域,在其他領域也有很大的困難存在。這是一個社會問題,不是光靠理研就能解決的問題。我的女兒是一名醫生,她現在正在面臨如何兼顧照料幼子和工作。研究人員也是一樣,曾經我也有過一段時間,一邊照顧孩子,一邊在深夜里披著被子寫論文。一大早還要起來給孩子做便當,都沒有多少時間睡覺。日本的保育設施也不夠用。我希望這些問題今后都能得到解決”。

          關于未來展望

          當被問及對未來的展望時,于秀珍笑著回應道,“雖然對于未來還說不好什么,但在理研的研究很有意義,所以我想繼續研究下去。主要還是想進一步深入研究斯格明子是否真的可以實用。希望從理論和實驗兩方面入手,為將來能將其應用到低功耗電子元件上而努力。如果將來能為人類社會做出貢獻,我將非常榮幸?!?/p>

          “國際交流對研究很重要。即使在新冠疫情期間,理研也沒有停止招聘國際人才。今后,將盡可能與更多的海外研究團隊共同開展研究,舉辦國際會議等,為理研的國際化做出貢獻”。

          “以前也收到過來自中國等國家的工作邀請,我是一個非常喜歡做研究的人,所以現在能在理研安心做自己喜歡的研究,每天都很開心。中國是我的祖國,當然我很喜歡中國,也為中國的飛速發展而感到高興。不過,我個人還是比較喜歡理研的科研環境”。

          采訪結束后

          在會議室接受完采訪后,我們參觀了于秀珍的實驗室。于秀珍熱情而生動地向我們介紹了實驗室里整齊擺放的電子顯微鏡設備和顯示器等。我們實際感受到,在科學的世界里,聰明的頭腦與先進設備的碰撞會帶來新的發現。

          在采訪中于秀珍反復強調,在日本,不只是做研究,還應該享受日本的生活和文化。對日本的好感讓我們也感到非常高興。不過,我想這種好感應該并非從一開始就如此強烈,而是她為了發掘異國日本的優點,盡可能地融入日本社會而積極努力才得到的感受吧。

          在此,我想為在日本真誠致力于前沿研究和國際人才培養的于秀珍先生送去喝彩。

          (注)關于斯格明子,本文參考了以下資料。

          Riken News No.404《大特輯 開拓新電磁學的斯格明子》(2015年2月)

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          于秀珍課題組長(右)和樋口義廣(攝于研究室門口)

          2023年7月25日采訪于埼玉縣和光市理化學研究所
          采訪人:JST全球戰略事務總監 樋口義廣
          編輯:JST SPAP主編 大家俊夫

          于 秀珍(Xiuzhen Yu)

          人物簡介
          于 秀珍(Xiuzhen Yu)

          國立研究開發法人理化學研究所(RIKEN) 電子顯微鏡研究項目課題組長
          理學博士

          1990年畢業于吉林大學研究生院電子科學系半導體物理專業,獲得碩士學位。2002年擔任科學技術振興機構(JST) ERATO 十倉自旋超結構項目技術員,2006年擔任物質與材料研究機構(NIMS)納米計測中心尖端電子顯微鏡組工程師,2008年取得日本東北大學理學研究科物理學專業博士學位。在 NIMS 和 JST 分別擔任研究員后,于2011年進入理化學研究所。曾擔任理研基干研究所強相關量子科學研究組特別研究員、創發物性科學研究中心(CEMS)強相關物理部門強相關物性研究組高級研究員,2017年擔任電子顯微鏡研究項目課題組長(現職)

          專業領域: 磁性、超導、強相關
          主要獲獎經歷: 日本顯微鏡學會和文志獎、文部科學大臣表彰科學技術獎(研究)、理研榮峰獎(研究開發業績獎)、Nature Nanotechnology Prize、2023年度江崎玲於奈獎

           

          【理研簡介】
          作為日本唯一的自然科學綜合研究所,理研在物理學、工學、化學、數理與信息科學、計算科學、生物學、醫科學等廣泛領域推進研究。理研最早于1917年作為財團法人創建。戰后先后經歷株式會社科學研究所、特殊法人等變遷,于2003年成為文部科學省管轄的獨立行政法人理化學研究所,2015年成為國立研究開發法人。為了向社會普及研究成果,除了與大學和企業合作實施共同研究、接受委托研究外,還積極向產業界推進知識產權等的技術轉移。

          理研網站 https://www.riken.jp/about/