陸衛（右一）和同事交流超分辨紅外近場(chǎng)納米熱成像研究進(jìn)展。 受訪(fǎng)者供圖

“我心里一直有一個(gè)聲音，做基礎研究就要在底層原理做出跟別人不一樣的東西，這個(gè)愿望非常強烈。我也知道這么做很可能失敗，但這已經(jīng)成為我的職業(yè)習慣�！敝袊�科學(xué)院上海技術(shù)物理研究所研究員陸衛深知，底層原理決定技術(shù)的“天花板”，只有發(fā)現新的原理，才可能產(chǎn)生顛覆性技術(shù)。

空間紅外探測器是衛星的“眼睛”，陸衛帶領(lǐng)團隊實(shí)現兩次重大跨越——洞悉“暗電流”之源，“看”得更清；突破靈敏度極限，辨得更明。

30多年來(lái)，懷揣“非常強烈”的科學(xué)追求，陸衛一直埋頭趕路，“苦中亦有喜樂(lè )之趣”，只要一抬頭，那無(wú)垠星空就是他的夢(mèng)想所在。

“看”得更清辨得更明

“暗電流”是一道世界性難題。

20世紀四五十年代，隨著(zhù)第一代紅外探測器的發(fā)明應用，科學(xué)家們很快發(fā)現，即使將探測器完全置于絕對黑暗中，仍然會(huì )測量到電流信號。這種“內部噪聲”會(huì )干擾對微弱紅外信號的探測。這個(gè)電流存在于黑暗中，故被稱(chēng)為“暗電流”。

在對半導體界面的光譜研究中，陸衛逐步建立了“電子局域化操控”理論，不再將電子簡(jiǎn)單地視為均勻的，而是聚焦于局域化電子的特定行為，并尋求主動(dòng)“操控”它們。陸衛提出了被稱(chēng)為第四類(lèi)躍遷的準束縛態(tài)躍遷模式，并指導團隊驗證了這一躍遷模式大幅抑制“暗電流”的優(yōu)勢。這一工作獲得國家自然科學(xué)獎二等獎。

但這對于陸衛來(lái)說(shuō)還是不“解渴”。有沒(méi)有可能看清楚“暗電流”究竟是怎么隨機運動(dòng)的？當時(shí)全世界都沒(méi)有這樣的儀器。在強烈的“想看一看”驅動(dòng)力下，陸衛帶領(lǐng)團隊研制起了觀(guān)測設備。

一根頭發(fā)絲直徑大概70微米，陸衛團隊研制的電子溫度成像顯微鏡可以觀(guān)測到50納米尺度，比頭發(fā)絲直徑的千分之一還要小。這時(shí)候有趣的現象出現了——半導體溝道的電子并不按照傳統的焦耳定律耗散能量。

“只要看到不能解釋的現象，就會(huì )心潮澎湃。這是上帝打開(kāi)了一扇小窗，讓你看了一眼，很多人是無(wú)緣看見(jiàn)的�！标懶l說(shuō)。

又經(jīng)過(guò)一年多對這一不尋�，F象的探究，這一顛覆底層物理認識的創(chuàng )新成果發(fā)表于國際權威學(xué)術(shù)期刊《科學(xué)》，這也是以工程見(jiàn)長(cháng)的上海技物所建所67年來(lái)發(fā)表在該期刊的第一篇論文。

對于空間遙感探測來(lái)說(shuō)，看到物體的形狀只是第一步，關(guān)鍵是要分辨物體的成分。

在長(cháng)波紅外波段，環(huán)境中存在大量的背景輻射，這使得探測器的像素容易瞬間被背景輻射光子塞滿(mǎn)，無(wú)法裝下目標信號。這是紅外領(lǐng)域另一道根本性難題——“背景限制”。

為破解這一難題，陸衛借鑒“臨界耦合模式”，提出了光電臨界耦合模式�！芭R界耦合并不是我們提出來(lái)的，但將這一概念用到探測器上，使之具有顛覆性功能，是我們第一次實(shí)現�！标懶l說(shuō)，這需要廣泛的科學(xué)視野，對其他領(lǐng)域的工作“觸類(lèi)旁通”。

光電臨界耦合模式的應用，使得團隊研制出單片集成56光譜通道的新型紅外焦平面器件。如今，該器件已應用于遙感三十七號衛星，用戶(hù)評價(jià)其效果為“開(kāi)創(chuàng )性突破”。

“跨域”搞研究

30多年如一日從事基礎研究，苦嗎？

陸衛告訴記者，在“巴斯德象限”中實(shí)踐，苦中亦有喜樂(lè )之趣。因為做的是面向國家重大需求難題的基礎研究，有獲得新認知之喜，更有變革性解決需求之樂(lè )。

“巴斯德象限”是科學(xué)研究的一種分類(lèi)模型，特指應用目標驅動(dòng)的基礎研究。微生物學(xué)家巴斯德正是此類(lèi)研究的典范——既深化了對發(fā)酵機制的認知，又直接改良了釀酒工藝。

這正是陸衛一直以來(lái)的“孜孜以求”。

曾經(jīng)有一段時(shí)間，物理學(xué)被認為黃金時(shí)代已經(jīng)過(guò)去。但陸衛堅信，物理學(xué)的重要性不可替代，尤其在支撐國家戰略技術(shù)方面。

在“巴斯德象限”實(shí)踐中，陸衛十分重視“跨域”。在德國布倫瑞克工業(yè)大學(xué)深造時(shí)，他就跨域做了一個(gè)跟磁學(xué)相關(guān)的自旋鏈工作。此前，光譜研究出身的他對此幾乎一無(wú)所知。陸衛沒(méi)有畏難，實(shí)現了對諾貝爾物理學(xué)獎核心成果“霍爾丹猜想”的光譜學(xué)實(shí)驗驗證。

陸衛團隊里，既有做傳統光電器件的，也有探索光學(xué)前沿的。他總是鼓勵不同方向的研究者要多交流，以探尋跨域的可能性。

對于跨域的AI技術(shù)，陸衛也早有關(guān)注。他提出構建紅外材料大數據模型，帶領(lǐng)團隊開(kāi)展下一代面向紅外芯片的光譜與界面功能關(guān)系研究。

敞開(kāi)兩扇“門(mén)”

陸衛有一個(gè)多年的習慣，只要他在辦公室，門(mén)就一直敞開(kāi)著(zhù)。陸衛學(xué)生、上海技物所在站博士后金融說(shuō)，“這扇開(kāi)著(zhù)的門(mén)，讓我們感到安心和踏實(shí)，如果有什么問(wèn)題和想法，可以直接走進(jìn)去�！�

為何要把門(mén)一直敞開(kāi)著(zhù)？“敲門(mén)是要有膽量的，有些孩子鼓足勇氣走到你門(mén)口，很可能想敲門(mén)手又縮回去了。學(xué)生思想很活躍，和他們交流相得益彰�！标懶l說(shuō)。

敞開(kāi)著(zhù)的，不僅是物理意義上的門(mén)，科學(xué)研究的門(mén)也是如此。

翁錢(qián)春多年前剛做研究生時(shí)，陸衛一開(kāi)始安排他做紅外光譜方向，這是課題組的優(yōu)勢所在。但他出于個(gè)人興趣，想做基于半導體量子結構的單光子探測器�！拔覜](méi)想到陸老師竟然同意了，畢竟這關(guān)系到組里科研布局。這對當時(shí)年輕的我來(lái)說(shuō)，是很大的激勵�！�

“我現在63歲了，還不斷看到一些無(wú)法理解的物理現象。這就得慢慢磨了，什么時(shí)候能磨出個(gè)道道，也不知道�！标懶l說(shuō)，這也許就是科學(xué)研究的魅力所在，喜樂(lè )之趣所在。（記者 黃海華）