“我心里一直有一个声音，做基础研究就要在底层原理做出跟别人不一样的东西，这个愿望非常强烈。我也知道这么做很可能失败，但这已经成为我的职业习惯。”中国科学院上海技术物理研究所陆卫研究员深知，底层原理决定技术的“天花板”，只有发现新的原理，才可能产生颠覆性技术。

上海技物所研究员陆卫。黄海华摄

空间红外探测器是卫星的“眼睛”，陆卫带领团队实现两次重大跨越——洞悉“暗电流”之源，“看”得更清；突破灵敏度极限，辨得更明。

30多年来，怀揣“非常强烈”的科学追求，陆卫一直埋头赶路，“苦中亦有喜乐之趣”，只要一抬头，那无垠星空就是他的梦想所在。

【只要看到不能解释的现象，就会心潮澎湃】

“暗电流”是一道世界性难题。

上世纪四五十年代，随着第一代红外探测器的发明应用，科学家们很快发现，即使将探测器完全置于绝对黑暗中，仍然会测量到电流信号。这是由于探测器材料内部电子的热运动，产生了假信号，就像旧式电视机上的“雪花点”。这种“内部噪声”会干扰对微弱红外信号的探测。这个电流存在于黑暗中，故被称为“暗电流”。

只有从原理上弄明白“暗电流”从哪来，才能有效地将它变小。在对半导体界面的光谱研究中，陆卫逐步建立了“电子局域化操控”理论，不再将电子简单地视为均匀的，而聚焦于局域化电子的特定行为，并寻求主动“操控”它们。陆卫提出了被称为第四类跃迁的准束缚态跃迁模式，并指导团队验证了这一跃迁模式大幅抑制暗电流的优势。这一工作获得国家自然科学奖二等奖。

但这对于陆卫来说还是不“解渴”。有没有可能看清楚“暗电流”究竟是怎么随机运动的？当时全世界都没有这样的仪器。在强烈的“想看一看”驱动力下，陆卫带领团队研制起了观测设备。

一根头发丝直径大概70微米，陆卫团队研制的电子温度成像显微镜（见下图）可以观测到50纳米尺度，比头发丝的千分之一还要小。这时候有趣的现象出现了——半导体沟道的电子并不按照传统的焦耳定律耗散能量。

电子温度成像显微镜可以观测到50纳米尺度。黄海华摄

“只要看到不能解释的现象，就会心潮澎湃。这是上帝打开了一扇小窗子，让你看了一眼，很多人是无缘看见的。”陆卫说。

又经过一年多对这一不寻常现象的探究，这一颠覆底层物理认识的创新成果发表于国际权威学术期刊《科学》，这也是以工程见长的上海技物所建所67年来发表在该期刊的第一篇论文。

陆卫和团队将这一对电子准绝热传输行为的物理新认知，融入量子阱长波红外焦平面器件的设计研制中。该器件的“暗电流”性能（即内部噪声水平）优于美国Landsat-9卫星所用同类探测器一个量级以上，灵敏度则超越了数倍。2020年，该器件应用于我国新技术试验卫星G星，实现了我国高性能量子结构的红外探测器在航天应用的开端。

陆卫（右一）和翁钱春、李宁研究员交流超分辨红外近场纳米热成像研究进展。

对于空间遥感探测来说，看到物体的形状只是第一步，关键要分辨物体的成分。

每个人有不一样的指纹，光谱如同各种物质的“指纹”，通过光谱成像可精确识别物质成分。然而，在长波红外波段，环境中存在大量的背景辐射，这使得探测器的像素容易瞬间被背景辐射光子塞满，无法装下目标信号，就像在白天太阳光太耀眼，会遮住遥远星星的光芒一样。这是红外领域另一道根本性难题——“背景限制”。

为破解这一难题，陆卫借鉴“临界耦合模式”，提出了光电临界耦合模式。“临界耦合并不是我们提出来的，但将这一概念用到探测器上，使之具有颠覆性功能，是我们第一次实现。”陆卫说，这需要广泛的科学视野，对其他领域的工作“触类旁通”。

光电临界耦合模式的应用，使得团队研制出单片集成56光谱通道的新型红外焦平面器件，而此前美国研制的4通道是同类器件最高水平。如今，该器件已应用于遥感三十七号卫星，用户评价其效果为“开创性突破”。

【在“巴斯德象限”中实践，有喜乐之趣】

30多年如一日从事基础研究，苦吗？

陆卫告诉解放日报记者，在“巴斯德象限”中实践，苦中亦有喜乐之趣。因为做的是面向国家重大需求难题的基础研究，有获得新认知之喜，更有变革性解决需求之乐。

“巴斯德象限”是科学研究的一种分类模型，特指应用目标驱动的基础研究。微生物学家巴斯德正是此类研究的典范——既深化了对发酵机制的认知，又直接改良了酿酒工艺。

这正是陆卫一直以来的“孜孜以求”。

曾经有一段时间，物理学被认为黄金时代已经过去。但陆卫坚信，物理学的重要性不可替代，尤其在支撑国家战略技术方面。

在“巴斯德象限”实践中，陆卫十分重视“跨域”。在德国布仑瑞克技术大学深造时，他就跨域做了一个跟磁学相关的自旋链工作。此前，光谱研究出身的他对此几乎一无所知。陆卫没有畏难，实现了对诺贝尔物理学奖核心成果“霍尔丹猜想”的光谱学实验验证。

借鉴“临界耦合模式”，突破探测器灵敏度极限，则是又一次跨域。

陆卫团队里，既有做传统光电器件的，也有探索光学前沿的。他总是鼓励不同方向的要多交流，以探寻跨域的可能性。

对于跨域的AI技术，陆卫也早有关注。他提出构建红外材料大数据模型，带领团队开展下一代面向红外芯片的光谱与界面功能关系研究。

国产自动化红外材料外延设备刚刚投入运行，陆卫（左一）和乔辉研究员在观察设备状态。

【敞开着的，不仅是物理意义上的门】

陆卫有一个多年的习惯，只要他在办公室，门就一直敞开着。

陆卫学生、上海技物所在站博士后金融说，“这扇开着的门，让我们感到安心和踏实，如果有什么问题和想法，可以直接走进去。”

为何要把门一直敞开着？“敲门是要有胆量的，有些孩子鼓足勇气走到你门口，很可能想敲门手又缩回去了。学生思想很活跃，和他们交流相得益彰。”陆卫说。

陆卫最喜欢学生问为什么。上海技物所研究员翁钱春还是博士生时，有一天急着找时任上海技物所所长的陆卫讨论科学问题，但他那天抽不出太多时间，翁钱春就跟着他去食堂吃饭，路上、饭桌上和他讨论。“这就是盯着我了，做研究就需要这股劲。”陆卫说。

敞开着的，不仅是物理意义上的门，科学研究的门亦如此。

翁钱春多年前刚做研究生时，陆卫一开始安排他做红外光谱方向，这是课题组的优势所在。但他出于个人兴趣，想做基于半导体量子结构的单光子探测器。“我没想到陆老师竟然同意了，毕竟这关系到组里科研布局。这对当时年轻的我来说，是很大的激励。”

在研制电子温度成像显微镜时，陆卫从未给团队设定过KPI考核和节点目标，平常也不催促。“这种宽松环境让我们得以自由地探索，用四五年时间搭建了世界上首个50纳米尺度的电子温度成像系统。我现在有了自己的课题组，也在向陆老师学习，压力尽量自己扛，给团队更多探索空间。”翁钱春说。

“当时，如此高分辨率的电子温度成像显微镜前所未有，研制难度很大。攻坚的时候，翁钱春都睡在了实验室，我更不能再加压了。”陆卫说。

他曾当面请教过一位诺奖得主，怎样才能产生诺奖级成果，对方认为最重要的是与之匹配的“完美土壤”。“我理解这需要一个好的科研环境。”在陆卫看来，有组织科研不意味着要把基础研究也做成工程，“有组织科研是定方向，但具体走什么路径，只有让大家各显神通，才可能出现颠覆性成果。”

陆观海，这是陆卫曾经的微信昵称，也是他想表达的科研路径意象——立足坚实的基础研究（陆），用严谨的科学方法（观），探索需求牵引下的未知世界（海）。

“我现在63岁了，还不断看到一些无法理解的物理现象。这就得慢慢磨了，什么时候能磨出个道道，也不知道。”陆卫说。

这也许就是科学研究的魅力所在，喜乐之趣所在。

陆卫简介：

我国红外物理基础研究专家，作为第一完成人荣获国家自然科学二等奖1项，国家技术发明二等奖1项。发表SCI论文361篇，他引超过15000次，获授权发明专利158项，出版《半导体量子器件物理》等专著。入选上海市首批“启明星计划”。

这位63岁的科学家，只要看到不能解释的物理现象就会“心潮澎湃”

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