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燕归来 | 唐克超:专注微纳电子器件领域 努力给世界留下印记

心理学中有一种叫做“心流”的概念,它是指人们在做某些事情时所产生的全神贯注、投入忘我的状态。在那些我们喜欢、擅长并且有挑战性的事情中,心流最容易被体验到。对于唐克超来说,心流存在于他所从事的科学研究中。唐克超今年32岁,2020年归国,目前在北京大学集成电路学院工作。他曾在北大物理学院度过四年的本科时光,而后在斯坦福大学、加州大学伯克利分校继续探索材料学、微纳电子学。在这条高速行驶的人生列车上,唐克超从哪里启程,又将驶向何方?带着这样的疑问,让我们一起走进他的世界,一探究竟。

求学燕园,在自由中茂盛生长

“过程中我感受到了一种不由自主的投入感,这种投入感让我深受吸引。”谈起初学物理时的体会,唐克超如是说。高中时,唐克超出于兴趣使然,参与了全国中学生物理竞赛,这种不为功利所困的出发点,让他在过程中渐渐体会到了物理的独特魅力。后来他看心理学相关的书籍,才知道那种全身心投入的感觉叫做“心流”。

在“心流”状态之下,学习对唐克超而言成了一种享受,与此相伴随的是心灵极大程度的愉悦和优异亮眼的成绩。凭借在第二十四届全国中学生物理竞赛中的出色表现,唐克超被保送到北京大学。2008年9月,唐克超在北大物院开启了他的大学生涯。

唐克超(左一)与本科期间课题组成员在北京大学物理学院

“自由”是唐克超进入北大前对这所大学最直观的印象。正式进入校园后,这两个字在他的学习生活中得到了完美的印证。回忆起本科四年的时光,唐克超说:“自由是实实在在的。”

北大物院有非常好的学术氛围,如果想专注于学术,在这里可以尽情投入,每个热爱学术的人都像鱼儿得到了水,唐克超也不例外,他笑言:“我几乎把所有的时间精力都花在了自己喜欢且擅长的事情上。”物院的那些重要课程他都扎扎实实地学了下来,而且还学得很不错。和许多同学一样,他大二开始就进入到实验室,探索感兴趣的科研领域。他的课余生活也很简单,“基本就是几个关系好的同学围在一起讨论学术,或者想放松了,就一起切磋切磋游戏。”在实验室的科研尝试中,他明确了自己想做学术的理想,也确定了细分领域为半导体材料物理。

“在年轻的时候找到并且投入自己喜欢的东西,是一件非常幸运的事。在北大物院我就明白,如果我喜欢一样东西,那就要把它钻得很深,深到足以给世界留下点印记。”总之,在素有北大“疯人院”之称的物院,唐克超获得了满意的开局,在自由驰骋中,为后来的学术道路打下了坚实的基础。

赴美留学,向科研高塔进发

如果你正要做实验,却发现实验室的机器罢工了,你会怎么办?——这是唐克超在美国最常遇到的问题,他的留美生涯,是由“打怪”和“升级”一起组成的。

因为早早明确要走学术道路,唐克超在临近毕业时申请了国外的博士项目。凭借本科期间的优异表现,他如愿以偿地获得了斯坦福大学的offer,出于对应用的偏爱,他选择了材料科学与工程专业,专攻半导体材料。

在更广阔的世界,他更加用力地汲取养分、充实自己。面对新的国度、新的身份,他很快就被新学校丰富的实验资源、人才资源所吸引。唐克超常常充满干劲,自发地驱动起来。

唐克超(右一)与博士期间导师、美国斯坦福大学Paul McIntyre教授

回望留学时光,唐克超坦言,最值得讲述的其实不是所谓的成功时刻,而是那些遇到的难题、遭受的挫折。最常见的难题就是实验室机器罢工,机器一罢工,就会耽误实验进度,有时即便修好了,也会导致先前的工艺无法完美重复,极大地影响项目的进展。“这种时刻会感到特别沮丧和无力。”经历了一段时间的低落,他最终想出了办法:机器要罢工,他没有办法,但他能在机器能正常运行时抓紧时间做实验,保证工作的连续性;而被罢工耽误的时间,他则通过安排其他科研任务利用起来。“以前我只盯着导师交代的课题,博士三年级起我试着打破这个局限,自己多想几个项目方向,多线程跟进,如果一个受阻,就暂时转换内容,继续推进。”

就这样,唐克超规避了风险,提高了效率,也慢慢迎来了自己的高光时刻——发高质量的文章、拿难得的奖学金、推进学术成果产业应用……唐克超对科研的掌控感越来越强,美好的心流体验再次充实他的生活。“不少人调侃美国的生活是‘好山好水好无聊’,对我来说,这一点其实没那么明显,因为我有热爱的东西可以投入。”

唐克超(右一)获2017年度国家优秀自费留学生奖学金

“我只考虑回国发展”,当被问到为什么会选择回国时,唐克超毫不犹豫地说。虽然在美国的学术道路越走越顺,但他知道,未来他不会留在这里。这些年中国发展很快,回国之后有更宽广的空间可以探索。而中美贸易战和疫情中的经历,更是让他意识到只有回国才会有真正的归属感。“疫情期间,大使馆给每位中国留学生都寄送了防疫物资。”祖国的关怀让他渴望回到故乡。除此之外,与父母和爱人的团聚也是促使他归来的重要动力。所以,唐克超一心想回国发展,在找教职的过程中,他只考虑了国内的学校。

2020年12月,唐克超如愿以偿地获得了到北大工作的机会。得知能回北大,他的兴奋溢于言表:“北大是我的母校啊!”

询问唐克超正式回归北大的感受,他说:“虽然校园面貌一新,新建了不少大楼,但氛围还是像8年前一样,自由包容。”那种氛围感,进去了就能感受到。

有一次,唐克超在登录学校信息门户时偶然发现,门户里不仅有他作为老师的信息,还有当初作为本科学生的信息。如同跨越时空的重逢,从前的“唐同学”和如今的“唐老师”会面了,那个怀抱理想的青涩男孩,在起点敦促自己——要在北大,给世界留下印记。

在北大,给世界留下印记

对于唐克超来说,学以致用才是科研的目标。“我学习的三个专业,物理、材料、微纳电子之间贯穿了一条从理论到应用的线。物理带给我思维方式、研究方法,材料是物理学原理的重要载体,而半导体材料则是微纳电子器件应用的基石。”

为何最终落点在微纳电子学呢?“微纳电子器件是集成电路的基本组成单元,专注于这个领域,可以为国家集成电路的发展贡献一份自己的力量。”他清楚地认识到目前国内外在此领域的差距,但也正因此,“我们有很大的动力去做这件事情。”

唐克超的研究,具体概括起来应该是“通过材料工艺、器件设计和表征技术等层面的创新,致力于解决集成电路领域前沿微纳电子器件的核心问题,推动高性能存储和传感技术的应用。”一般而言,信息需要经过传感、存储、计算三个环节。譬如,我们的许多设备收集到信息后,往往要经过数据的储存,再传输到云端上进行计算,运算的结果被传输回设备后才能执行对应的反馈操作。随着生活中智能设备越来越多,信息传输环节将给运算速度和功耗带来严重瓶颈。为了降低功耗,提高效率,在智能设备上设计实现感-存-算一体化成为了集成电路技术未来的发展趋势。唐克超主要致力于存储和传感两方面的研究,他的最终目标,正是开发基于新型器件的感-存-算一体化系统。

唐克超以挖矿比喻做科研:“能否挖出矿,取决于有没有矿,自己挖矿的技术如何。短期看运气,但长期一定与勤奋呈正相关。上下相求索,挖矿的人总会排除没有矿的地方,最终一定会有所收获。”

勤奋耕耘中,科研一如最初让他着迷时的那样,仍源源不断地给他带来美妙的“心流”体验,“在将材料和物理的相关知识整合进微纳电子应用的过程中,会产生出许多脑洞大开的想法,这种交叉融合让我十分享受,有时我甚至会在阅读文献和思考的循环中不愿出来。”

唐克超(右一)和他的学生

谈到成为老师的体验,唐克超直言:“与做学生时有很大的不同。”以前他可以每天都泡在实验室里,现在则要分出不少时间给申请项目、指导学生、教授课程等活动。“肩上的担子重了许多,要对许多事、许多人负责,每天都在不自觉地催促自己变强。”在成为一名好老师的路上,唐克超正努力摸索着前行。“我希望能与同学们零距离地相处,让他们觉得我们之间的不是传授而是分享的关系。”

为了实现这一理想,唐克超费了不少心思,比如每次上课前,他总会花时间准备几个段子。他曾在“信息科学中的物理学”课上讲到一种叫做“阿特伍德机”的机械机构,讲述过程中,他会冷不丁地冒出一句“从名称上看至少可以知道,这个设备是讲武德的。”同学们随之而来的开怀大笑让他有些许得意,不过他知道:“还有很多事情等待我去练习,一切还才刚开始。”

唐克超在自己的第一个教师节收到来自学生们的祝福

唐克超的人生列车经历过低谷,也登上过高台,但更多是在通往理想的轨道上平稳行驶。从成为一名好老师开始,从一点一滴投入科研开始,他执着地向着“给世界留下印记”这一目标,从容进发。在美好的“心流”体验下,他会抵达心中的目的地。

(采访:王悦、钟淋;图片:受访者提供)

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