客观日本

【国际人才环流】RIKEN:卓越的尖端电子显微镜技术为自旋电子学领域开辟新道路——专访理研于秀珍课题组长

2023年12月26日 交流

加强国际人才环流是研究开发工作充满活力的必要条件。日本需要积极推进全球“知识”的交流,增强研究和创新能力。为此,在推进研究环境的国际化的同时,促进国际人才的交流,确保日本紧密融入国际人才环流渠道非常重要。

“国际人才环流”特辑将通过对研究一线的科研人员的采访,介绍日本研究一线为促进国际人才环流,创造卓越研究成果而实施各种举措的现状和课题,同时介绍吸引全球研究人员的重要因素——日本研究环境的魅力。本次我们采访了日本理化学研究所(理研)CEMS电子显微镜研究课题组长于秀珍。

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于秀珍课题组长

大学选择了热门电子学专业,毕业后赴日留学

于秀珍是一位曾多次获得国内外大奖,受到世界瞩目的数学物理学领域的研究人员。2023年11月,于秀珍与恩师十仓好纪先生共同入选江崎玲於奈奖。于秀珍在中国取得硕士学位后来日,先后在产业综合技术研究所(AIST)以及物质与材料研究机构(NIMS)从事研究,同时还于2008年在日本的东北大学取得了博士学位。2011年进入理研担任研究员。近年来,特别是在使用电子显微镜观察斯格明子方面取得了重大成果。

于秀珍祖籍山东省青岛市,据她介绍,受家庭环境的熏陶,她从小就想着成为一名科学家。学生时代受半导体和超导技术热潮的影响,她考入了当时被誉为中国半导体第一人的专家高鼎山先生所在的吉林大学攻读电子学专业。

当时正是日本在半导体领域引领世界的时代,于秀珍也向往能到日本从事研究工作。同为大学同学的丈夫作为日本文科省的公费留学生到东京大学留学,一年后,她也在取得硕士学位后来到了日本。来日本的过程一切都很顺利,但在那之后却迎来波澜万丈的生活。不仅语言有障碍,而且女性要想成为一名出色的研究人员,日本大学的学位是不可缺少的,但她取得博士学位却花费了很长时间。

转机出现在她参加东京大学十仓好纪教授主持的JST ERATO自旋超结构项目的时候。于秀珍回顾道“我非常幸运。在该项目工作了5年左右,懂得了搞科学研究的快乐。我能拿到博士学位也多亏了十仓先生的指导与教诲”。

之后,于秀珍在NIMS学习尖端电子显微镜的时候,十仓教授在理研成立了新的研究中心,于是她于2011年来到了理研,并从2013年开始在十仓教授担任中心主任的创发物性科学研究中心(CEMS)担任研究员。“十仓先生不仅是出色的科学家,人格也极具魅力,在他手下只要努力工作,其他的一切都不用担心。我对于十仓先生真是万分敬仰”。

2017年,于秀珍被晋升为为电子显微镜研究组的课题组长。

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于秀珍课题组长

拍摄旋涡状磁性构造的斯格明子

于秀珍在理研的主要研究内容是在电子显微镜中生成并观察斯格明子。

斯格明子是由英国的托尼·斯格明(Tony-Skyrme)博士于1962年在解释与电子不同的粒子性质时提出的概念。斯格明子(skyrmion)英文名称中的“on”在希腊语中是粒子的意思,skyrmion就是“Skyrme博士的粒子”的意思。具体指由固体中的电子自旋形成的大小在几十到几百纳米之间的旋涡状磁性构造。

磁体中存在斯格明子在理论上早有预言。2009年,德国的研究团队在锰和硅的合金中发现了斯格明子晶格,但不是单个的斯格明子,斯格明子内部的电子自旋排列也不清楚。看了德国团队的论文后,十仓教授立即指示于秀珍用电子显微镜直接观察斯格明子。要观察纳米尺寸的物体,需要使用高倍率透射电子显微镜,而被十仓教授称赞为“拥有神一般的眼睛”的于秀珍,是运用NIMS松井良夫博士团队的电子显微镜实现了对斯格明子的观测。松井良夫博士是日本的知名的透射电子显微镜的专家。

当时,于秀珍认为这是一项非常困难的挑战。在电子显微镜中生成稳定的斯格明子并直接观察是极其困难的,很长一段时间里一直是反复尝试反复失败的状态。直到后来,于秀珍尝试将铁、钴、硅的合金制成厚约20nm的薄片,并在极低温下对薄片施加磁场以生成斯格明子,并通过洛伦兹电子显微镜法进行直接观察。这是一项需要一个人在昏暗的房间里持续盯着显示器,高度集中注意力的实验。三个月后的一天,显示器上终于出现了一个小斑点。这便是世界上首次成功地直接观察到斯格明子的瞬间。时间是在2009年末。由此,薄膜中具有自旋旋涡结构的斯格明子能够作为一个粒子稳定存在的现象被人类认知。此后,于秀珍一直在尝试在更大的温度范围内生成稳定的斯格明子晶体。

斯格明子之所以备受关注,是因为它的高密度磁性旋涡性质有望被应用于硬盘之类的存储设备中使用的高灵敏度磁性传感器元件,这种具有前所未有的新物理性质的材料,有望在自旋电子学领域开辟一条新的道路。于秀珍表示“我的任务是观察各种物质,确定斯格明子的存在,并将这些信息分享给进行相关应用研究的人员。(参考文末注)

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2010年首次直接观察到的斯格明子晶体(图片出处:RIKEN NEWS)

作为外籍女性课题组长

于秀珍升任课题组长也符合理研的增加女性PI的方针。

“我作为外国人担任课题组长的优势是,在国际团队中便于沟通,也便于从国外招募年轻的研究人员”。

于秀珍的研究团队成员由来自阿根廷、马来西亚、中国、欧洲、美国、日本等国家的研究人员组成,具有浓厚的国际色彩。虽然团队内部的沟通以英语为主,但于秀珍建议团队成员“大胆地说日语,即使说错了也没关系”。“我刚来日本的时候,也只会说‘你好’之类的简单用语,语言是交流的工具,只要说就一定能进步”。

于秀珍表示,作为课题组的负责人虽然很辛苦,但很充实。“第一次来日本的外国研究人员会问:‘日本怎么有这么多规矩’。的确,日本有很多与其他国家不同的规则。比如在疫情期间严格佩戴口罩等,所以即使是一些琐碎之事,也会逐一解释到每个人都能接受为止。毕竟,如果团队不能和睦相处,就不可能获得好的研究成果。虽然一开始会有很多事情需要解释,但通过花时间与团队成员沟通,最终获得大家的理解,研究也得以顺利推进。现在大家相处得非常融洽。”

这种培养全球化人才的感觉让作为课题组长的于秀珍感到非常有意义。她的研究团队的成员大多是刚刚获得博士学位的年轻人,在团队中的时间也相对较短。有一位在中国也属于顶尖水平的女博士后刚来的时候,发现她与日本学生相比基础能力有些不足,为此于秀珍便对她从基础开始指导。一年后,女博士后取得了突飞猛进的进步,并获得了扎实的研究能力。由于她取得的成绩优秀,在今年春天她获得了北京大学的教职。“看到她拿到了这样的教职,我感到非常高兴”。

于秀珍花时间指导的一位美国博士后也获得了电子显微镜领域处于世界先端水平的美国某研究所的一个非常好的职位。“送走这些年轻的研究人员到新的研究岗位,就好像父母送自己的孩子奔向前途一样高兴。”

最初在团队中几乎很少说话的日本人研究员,现在也能在团队中使用英语进行沟通了。“日本的学生很拘谨,而国外的学生有了想法马上就会表达出来。这样可以相互刺激,发挥出相加效应”。

于秀珍表示,“现在回想起来,我真的很荣幸能当课题组长”。

理研的研究环境与国际人才环流

在理研的五神真理事长提倡的“2030年愿景”中,国际人才环流被描述为“人才无国界(brain without borders)”。这是一个非常意思的表述。于秀珍本人就是“人才无国界”的一个范例。

“理研拥有无可挑剔的优秀研究环境。毕竟它是日本最顶尖水准的自然科学综合研究所。理研注重全球化,非常开放。五神理事长重视独创性、创造性和国际人才环流。理研设有为能力出众的青年研究员提供作为课题组长独立研究的“理研白眉制度”,以及在此基础上进一步扩展的“理研 ECL(Early Career Leader)制度”、给研究生发放工资、提供研究设施、安排资深研究人员直接指导的“理研学生研究员(RSR)制度”等等一系列非常棒的制度。日本国内的其他大学和研究所对于来自外国的博士后亲自操作设备常会有一些保守的限制,但在这一点上,理研的开放性和国际化是非常突出的”。

“我所在的理研CEMS(创发物性科学研究中心),汇集了许多著名的理论研究人员和实验研究人员,具有将理论和实验结合起来共同推进研究的优势。我的梦想是利用这种优越的环境,开展更加深入的前沿研究,希望将来自己的研究能够为可持续发展的社会做出贡献”。

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于秀珍课题组长在电子显微镜设备前

研究的质量比论文数量更重要

目前,日本重新认识到国际人才环流的重要性,对于日本的研究能力下降,于秀珍并不完全持悲观看法。

“虽说日本的研究能力有所下降,但仍处于世界的前列。中国的研究人员总数多,论文数量也的确实现了快速增长的趋势,但是评价研究的时候重要的不是论文的数量,而是研究的质量。研究成果能在未来为人类社会的可持续发展做出贡献最为重要”。

基础科研能力对研究人员而言极为重要

在回答对有兴趣在日本从事研究工作的海外研究人员的建议时,于秀珍强调了基础科研能力的重要性。

“在日本搞研究非常重视基础,所以我认为来日本之前最好能拥有扎实的基础知识。这是研究人员应该具备的基本能力。没有基础知识,就无法自己判断所做的研究是否真的正确,这是很可怕的事情”。

“虽然现在有些变化,但当时我们就读的吉林大学和日本一样重视基础教育。我的专业虽然是半导体物理,但高等数学和量子力学等都是必修科目,当然必须合格才能毕业。在大学的努力学习,让我物理基础比较扎实,所以当我来到十仓老师的凝聚态物理学这一深奥领域工作时并没有感到太大的不适。即使在我的主攻电子显微镜的领域里,要想做好研究,不仅要有实验的能力,更要充分理解物质凝聚相的物理性质”。

“在日本,我认为先做好扎实的基础研究之后,再做最前沿的研究为好。我并不反对从事热门流行的研究,但如果只想做流行的研究,最好还是选择其他国家。如果坚持在日本做最流行的研究,那么最好事前好好地调查一下,以免来后失望。无论如何,没有扎实的基础知识,就不可能取得科研上的成功”。

学习日本的文化也很重要

于秀珍还表示,来日本不仅要做研究,还要积极学习日本的文化和探索日本生活的美好,这一点也很重要。

“日本的优点不用我赘述。这是一个创造了很多品牌的发达国家,社会稳定也非常具有魅力。日本风景宜人,环境优美,日本文化也在全球掀起热潮。我希望来日本的研究人员不仅要做研究,还要享受日本的生活和文化。我们的中心主任对新来的研究人员一定会说:“Please enjoy your research at RIKEN, as well as Japanese culture.”

“我生活在日本多年,研究之所以进展顺利,我想是因为我原本就喜欢日本文化,希望融入这个社会的缘故。我认为不应该因为自己是外国人,就认为自己只要做研究就好,不必关心日本文化,也不需要融入日本社会。了解当地的文化,才能与周围的人进行交流”。

“比如,以前在中国,不吃光饭桌上的食物是对主人礼貌,但在日本,全部吃干净才是正确的做法,这让我颇感惊讶。又比如最初我认为购买瓶装茶很正常,但后来有欧洲和日本的朋友告诉我,为了保护环境,尽量自己泡茶喝。如此这般,我学到了很多日本人的优点。当然,中国也有很多优良传统。我认为在保留我们自己良好的传统的同时,认真学习日本人的优点也很重要”。

性别问题

理研也面临着改善研究人员男女平等的问题。

“确实,与中国相比,一般日本女性进入社会,不仅在研究领域,在其他领域也有很大的困难存在。这是一个社会问题,不是光靠理研就能解决的问题。我的女儿是一名医生,她现在正在面临如何兼顾照料幼子和工作。研究人员也是一样,曾经我也有过一段时间,一边照顾孩子,一边在深夜里披着被子写论文。一大早还要起来给孩子做便当,都没有多少时间睡觉。日本的保育设施也不够用。我希望这些问题今后都能得到解决”。

关于未来展望

当被问及对未来的展望时,于秀珍笑着回应道,“虽然对于未来还说不好什么,但在理研的研究很有意义,所以我想继续研究下去。主要还是想进一步深入研究斯格明子是否真的可以实用。希望从理论和实验两方面入手,为将来能将其应用到低功耗电子元件上而努力。如果将来能为人类社会做出贡献,我将非常荣幸。”

“国际交流对研究很重要。即使在新冠疫情期间,理研也没有停止招聘国际人才。今后,将尽可能与更多的海外研究团队共同开展研究,举办国际会议等,为理研的国际化做出贡献”。

“以前也收到过来自中国等国家的工作邀请,我是一个非常喜欢做研究的人,所以现在能在理研安心做自己喜欢的研究,每天都很开心。中国是我的祖国,当然我很喜欢中国,也为中国的飞速发展而感到高兴。不过,我个人还是比较喜欢理研的科研环境”。

采访结束后

在会议室接受完采访后,我们参观了于秀珍的实验室。于秀珍热情而生动地向我们介绍了实验室里整齐摆放的电子显微镜设备和显示器等。我们实际感受到,在科学的世界里,聪明的头脑与先进设备的碰撞会带来新的发现。

在采访中于秀珍反复强调,在日本,不只是做研究,还应该享受日本的生活和文化。对日本的好感让我们也感到非常高兴。不过,我想这种好感应该并非从一开始就如此强烈,而是她为了发掘异国日本的优点,尽可能地融入日本社会而积极努力才得到的感受吧。

在此,我想为在日本真诚致力于前沿研究和国际人才培养的于秀珍先生送去喝彩。

(注)关于斯格明子,本文参考了以下资料。

Riken News No.404《大特辑 开拓新电磁学的斯格明子》(2015年2月)

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于秀珍课题组长(右)和樋口义广(摄于研究室门口)

2023年7月25日采访于埼玉县和光市理化学研究所
采访人:JST全球战略事务总监 樋口义广
编辑:JST SPAP主编 大家俊夫

于 秀珍(Xiuzhen Yu)

人物简介
于 秀珍(Xiuzhen Yu)

国立研究开发法人理化学研究所(RIKEN) 电子显微镜研究项目课题组长
理学博士

1990年毕业于吉林大学研究生院电子科学系半导体物理专业,获得硕士学位。2002年担任科学技术振兴机构(JST) ERATO 十仓自旋超结构项目技术员,2006年担任物质与材料研究机构(NIMS)纳米计测中心尖端电子显微镜组工程师,2008年取得日本东北大学理学研究科物理学专业博士学位。在 NIMS 和 JST 分别担任研究员后,于2011年进入理化学研究所。曾担任理研基干研究所强相关量子科学研究组特别研究员、创发物性科学研究中心(CEMS)强相关物理部门强相关物性研究组高级研究员,2017年担任电子显微镜研究项目课题组长(现职)

专业领域: 磁性、超导、强相关
主要获奖经历: 日本显微镜学会和文志奖、文部科学大臣表彰科学技术奖(研究)、理研荣峰奖(研究开发业绩奖)、Nature Nanotechnology Prize、2023年度江崎玲於奈奖

 

【理研简介】
作为日本唯一的自然科学综合研究所,理研在物理学、工学、化学、数理与信息科学、计算科学、生物学、医科学等广泛领域推进研究。理研最早于1917年作为财团法人创建。战后先后经历株式会社科学研究所、特殊法人等变迁,于2003年成为文部科学省管辖的独立行政法人理化学研究所,2015年成为国立研究开发法人。为了向社会普及研究成果,除了与大学和企业合作实施共同研究、接受委托研究外,还积极向产业界推进知识产权等的技术转移。

理研网站 https://www.riken.jp/about/