研途之旅 | 原彪：坐得冷板凳，创出新突破

近日，上海科技大学物质学院于奕教授课题组与美国普渡大学研究团队合作，在新型半导体异质结研究中取得重要进展，首次成功制备并表征了二维卤化物钙钛矿横向外延异质结。该研究成果在4月29日以“Two-dimensional halide perovskite lateral epitaxial heterostructures”为题，在国际顶尖学术期刊《自然》（Nature）上在线发表。

本文的共同第一作者原彪为上科大物质学院年轻的硕博连读研究生，于奕教授为论文共同通讯作者。原彪同学于2017年考入上科大物质学院，进入了刚回国不久的年轻教授于奕课题组。在导师的指导下，三年磨一剑，最终取得了可喜的成果。年轻的学校，青年的科研团队，这中间怎样碰撞出原创的火花，让我们一起来看一看这位研究生的故事：

电镜中心合影(左起：原彪同学，于奕教授)

♫♪ ♫♪ ♫♪ ♫♪ ♫♪

原彪物质学院2017级硕博连读研究生

本科：南昌大学

高中：山西省平遥中学

爱好：羽毛球、旅行

回想三年前，我是还是一个在为考研忙碌的平凡的大四学生。能够来到上科大读研，是机缘巧合也是幸运的眷顾。距离研究生报名时间两个月的时候，我偶然从同学那里了解到上科大，这所年轻活力的学校一下子深深地吸引了我。经过一番了解后，其一流的科研平台、优秀的师资力量、朝气蓬勃的校园氛围、舒适温馨的生活条件……令我心向往之。复试时第一次来学校，多位导师亲自给我们介绍课题组，犹记于奕老师当时带我到8号楼地下一层的电镜中心，介绍到一间空旷高大的房间时说，“这里即将装配全球顶级的球差电镜”，那时的我对于球差电镜的概念其实一知半解。然而和上科大亲切的导师面对面交谈，看到这里整体的实验条件和未来建设后，让我确信自己的选择没有错。最终选择进入了于奕教授课题组，探索未知的微观世界。

研究生的第一年是非常充实的一年，课程安排充实紧凑，各类讲座会议的学术交流频频。在第一年的学习中，我便感受到了上科大特色的教学形式。研究生的课程中，有些是由本部的教授授课，使用的都是国际接轨的经典英文教材，既讲授经典理论，也结和研究热点进行拓展；有些课程更是由中科院各单位的特聘教授和专家来授课，讲的都是实打实的“干货”。除了普通的传授知识点，教授们还会将科研中遇到的问题放到课堂上讨论。另外，学院也开设了像纳米科技前沿之类的课程，由各个领域的一流专家来介绍讲解，让我们对于前沿领域和发展方向有了广度上的认识，也大大拓宽了我的视野。

除了良好的学习条件，上科大还为学生们提供了体育、艺术、人文等多方面的良好设施和氛围。学校有空调全覆盖的体育馆，馆内设有羽毛球、健身房、乒乓球、篮球等场地，室外也有足球场等设施。我个人喜欢羽毛球运动，运动帮助我卸除了疲惫，以最佳状态全力投入学习和科研中。

体育馆羽毛球比赛

在第一年课程学习的同时，我也努力熟悉课题、进组学习电镜相关知识和操作。刚刚进组时，课题组包括老师总共四个人，一般做电镜实验都有老师亲自指导，每周老师也都会与我们一对一的指导理论学习。刚开始跟随师兄做电镜实验时，有不懂的可以直接问在现场的于奕老师，老师每每都给与耐心的解答，让初学者的我在专业的指导下进步飞快。仪器熟悉一段时间后，可以向工程师申请培训，考核通过后便可以自己预约和动手操作，这是上科大所倡导的科研实践特色及优势所在，也是我们学生受益颇多的地方。我在工程师们热心的帮助下，很快可以独立操作电镜了。还记得有一天晚上，因为自己操作失误，价值不菲的电镜出了问题，于老师着急地跑过来大汗淋漓的场景。没有预想中的批评或责怪，于老师只是帮我处理好了问题，提示我操作要点。在导师耐心的教授和工程师的热心指导下，自己想不进步也难。我逐渐熟悉了电镜操作，做实验也有了更多的信心，我也告诉自己必须珍惜如此优异的科研环境，同时也开始着手摸索一些新的方法。

2017年于奕课题组合影

有的同学可能觉得，来到一个这样一个年轻的学校，年轻的课题组，是否会有各种不便利。我在于奕老师组的真实感受，除了之前提到的刚开始操作电镜就得到了导师手把手的指导,我还有幸见识了高端的球差矫正电镜从一堆零件再到一个庞然大物建成的过程。跟随上科大的整体步伐，电镜中心的建设快速而有序。我曾经充满好奇地站在这台电镜面前，感觉让自己去操控它真的将是一个极大的挑战，但实际上由导师亲自带领，整个过程有条不紊。刚装好电镜，老师做一些调试的时候，我就一有空就去观摩。遇到难以理解的东西，老师还会形象地列举其他例子来解释；而有一些涉及基础理论或者仪器基本构造的问题，便会给我们指出方向，让我们自行查阅文献书籍学习。慢慢了解原理和基本操作后，老师就让我自己动手去做，刚开始自己调得很慢，老师也不催就坐在旁边等我自己去理解和摸索，事实上证明这种在实践中学习的方式也是进步最快的方式。老师还鼓励我们透过现象看本质，改变参数的仅仅只是一个按钮，但每个按钮背后所真正控制的东西才是最重要的，这让我对电镜有了更深层次的理解。这样的实践操作和一对一指导可能在其他地方是无法想象的，而我幸运的见证和经历了这个过程。

球差电镜的建成

学校提供的科研平台不仅在硬件上首屈一指，其具有的软实力也是一流的。电镜中心由国际知名的电镜专家Osamu Teraski教授担任主任。Teraski主任不仅为电镜中心的建设和发展忙碌，也十分关心我们学生的课业学习。每两周举行一次电镜研讨会，由学生自选主题轮流介绍电镜的理论及科研方面的学习，锻炼学生演讲能力的同时，为大家营造了一个共同学习讨论的氛围。学校经常邀请一些国际上各个领域内顶尖的教授、甚至诺奖得主来开设讲座，还举办了多场学术交流会议。我在三年间有幸参加了国际电镜研讨会、学校和美国化学学会联合举办的“材料科学前沿”科技研讨会、全国有机化学学术会议等多场会议，如此丰富的学术交流让我有幸聆听了许多专业领域的大牛的研究，提升了眼界和格局。此外，除了校内的交流探讨，我也参加了专业领域相关的研讨会，如第四届中-德电镜会议，帮助我们了解学习领域前沿发展，这些交流都让初入科研的我受益匪浅，潜移默化地启迪了我的思想，点燃了我的热情。

我们这次发表的科研成果的合作是从我研二时开始的，也就是我刚刚学完球差电镜的时候。二维钙钛矿的电镜表征一直是业界的难题，这类样品一旦被电子辐照，其本身的结构就很容易坍塌，因此难以获得高分辨结构像。刚拿到样品到电镜下观察，便发现这个异质结远比之前接触的样品脆弱得多，连一眨眼的功夫都不到，样品的结构就被电子束打坏了。另外，样品本身在空气中也不稳定，特别是我们所关注的异质结的界面，更容易被破坏。这一异质结特殊的敏感性，注定了这一课题将是一个极大的挑战。经常做了一整天实验，最后整理数据时才发现样品本身已经坏了，做了一天的无用功，但恰恰是这些无用功让自己逐渐摸准了样品的“脾气”。在于老师的指导下，我发现这种样品的结构虽然在很短的时间内就会被破坏掉，但不是从原先完好的状态瞬间转换到完全损坏的状态，完全破坏也需要一定的过程；并且还有一个矛盾的地方，电镜只有通过电子才能成像，但样品又一碰电子就会坏，为使样品保持完好的结构，就只能关掉电子束，去“盲调”电镜。摸清楚了这些“脾气”之后，我们坚信，只要想法延长这个破坏的过程，尽可能减少电子的辐照，就一定能记录下最开始的状态，还原出样品的真实结构。就这样不断改进拍摄的方法，即便辛勤调试的结果只是一些充满噪音的图像，也依然心存希望。

于奕老师指导学习球差电镜

功夫不负有心人，终于在一天晚上的实验中，显示器上出现了我们预想的结果。这个科研工作的顺利完成，特别需要感谢悉心指导我的于奕教授，还有通力合作的师恩政博士和窦乐添教授。于老师从实验过程到论文写作修改都耐心指导我，普渡大学的合作者不遗余力地制备“新鲜”的样品供我一次又一次地试验，这些都是不可或缺的因素。正是这样优秀的合作平台，耐心细致的导师，合作交流的共进，才帮助我一路的成长和进步。通过这样的锻炼，我深深的感受到，在科研中支撑我们不断前行的是希望的曙光，在曙光来临之前，我们需要坐着冷板凳去学习广泛的知识、锻炼必备的技能，然后带着希望去摸黑探索那些无人触及的世界。只要往前走，总会看见光。

于奕教授

寄语

我为原彪取得的成绩感到高兴，成绩的取得与他的勤奋钻研是分不开的。这项研究是在挑战电子显微领域的国际前沿难题，没有人知道我们进行攻关的这条路是否能走通、何时能走通，也许失败是大概率事件。我们能做的只有坚持两字，这一次原彪通过他的坚持把运气积攒到了我们身边。借此机会，也希望同学们在科研中、在人生路上遭遇挫折和迷茫时，坚信自己，爱你所爱，行你所行，勿忘初心，无问西东。

加入我们

于奕课题组欢迎热爱科研、坐得起冷板凳的研究生、博士后加盟。

博士后、助理研究员应聘者应具备物理、材料、信息等相关专业博士学位，具有理论计算模拟、编程经验者优先。

课题组主页

http://spst.shanghaitech.edu.cn/2018/0301/c2349a51306/page.htm