踐行中國夢：女科學(xué)家周樹云的人物事跡
女科學(xué)家也是有很多女科學(xué)家的風(fēng)采的，下面學(xué)習(xí)啦小編就為大家?guī)砹僳`行中國夢的女科學(xué)家周樹云的人物事跡，希望對你有所啟發(fā)。
踏上二維材料的“新大陸”
從清華物理系學(xué)生到成為清華物理系教授，周樹云的人生經(jīng)歷簡單又夢幻。簡單的是她的工作和生活都在學(xué)校里，夢幻的是她所從事的學(xué)科研究總能發(fā)現(xiàn)“秘密”。
周樹云領(lǐng)導(dǎo)一個(gè)由十來位博士生組成的實(shí)驗(yàn)室，研究“石墨烯”“拓?fù)浒虢饘?rdquo;……她深耕于凝聚態(tài)物理領(lǐng)域，運(yùn)用“角分辨率光電子譜”技術(shù)，在石墨烯、第二類拓?fù)浒虢饘佟⑦^渡金屬硫族化合物、新型拓?fù)洳牧弦约爱愘|(zhì)結(jié)等新奇電子結(jié)構(gòu)研究方面做出了重要的貢獻(xiàn)。
2017年，周樹云榮獲第十三屆“中國青年女科學(xué)家獎(jiǎng)”稱號。
周樹云資料圖 在電影阿凡達(dá)里，導(dǎo)演通過電腦特技向我們描繪了一個(gè)虛構(gòu)的星球——潘多拉。強(qiáng)大的人類艦隊(duì)跨越幾個(gè)光年來到這里，不惜破壞這里的生態(tài)，屠戮原住民，為的就是得到這個(gè)星球上一種特殊的資源：Unobtainium。這種元素，在地球上售價(jià)是2000萬美金一公斤。這個(gè)在電影里一閃而過的特殊材料“unobtainium”翻譯成中文的字面意思，其實(shí)叫“難得的元素”。這可不是編出來的詞兒，在航空領(lǐng)域，人們用“難得的元素”形容性能完美的材料，比如輕得像空氣卻堅(jiān)硬得像鋼鐵。
而今天，一種全新的材料，正在接近人類夢想中的“難得的元素”，這就是石墨烯。它和我們常見的石墨棒和鉛筆芯一樣，全是由碳原子組成，只不過，它只由一層碳原子在平面上構(gòu)成，可以說它的特點(diǎn)就是薄，薄到不能再薄。根據(jù)已知信息，它的厚度僅為頭發(fā)絲的20萬分之一，強(qiáng)度是鋼的200倍，是世界上已知最薄最輕最強(qiáng)的材料，如果用石墨烯打造快速充電的手機(jī)，20秒就能把手機(jī)充滿。而周樹云正是國際上最早利用角分辨光電子譜研究石墨烯研究者之一。
2002年從清華物理系畢業(yè)，她去美國加州伯克利大學(xué)攻讀博士學(xué)位。2007年獲得博士學(xué)位后，她在伯克利國家實(shí)驗(yàn)室先后以博士后和項(xiàng)目科學(xué)家的身份工作了四年。2012年，周樹云回到母校清華大學(xué)，成為中國物理學(xué)界最年輕的女科學(xué)家之一。
普通人覺得枯燥深奧的物理研究，在周樹云眼里卻是一條無比歡樂幸福的道路。“這就像最簡單的樂高積木，可以搭建成各種想象不到的東西一樣。把研究透徹的不同材料進(jìn)行‘拼接’后，它們之間的相互作用會產(chǎn)生原來單個(gè)材料所沒有的、更加有意思的特性，有一些特性甚至是超出我們預(yù)想的。”
主宰電子信息產(chǎn)業(yè)飛速發(fā)展幾十年的“摩爾定律”即將走到尾聲——單純依靠縮小晶體管尺寸的做法，不僅受到工藝成本的限制，還將帶來棘手的功耗和散熱問題。
近年來，全世界對石墨烯等二維材料的研究進(jìn)行了巨大的投入，就是希望從中找到能夠替代硅的理想半導(dǎo)體材料。周樹云表示：“過去十幾年，人們發(fā)現(xiàn)雖然石墨烯具有一些非常奇特的性質(zhì)，但它卻缺乏半導(dǎo)體器件的重要特征--能隙。”
通過ARPES是一種直接測量材料中的能帶結(jié)構(gòu)的技術(shù)手段，可以揭示許多以前未被發(fā)現(xiàn)的新材料屬性。能帶結(jié)構(gòu)決定了一種材料幾乎所有的主要特性，就像生物體的DNA決定了生物的特性一樣?？梢哉f，能帶扮演著“材料DNA”的作用。2012年，周樹云組建了自己的實(shí)驗(yàn)室之后，利用這些技術(shù)，她一方面尋找那些有潛力“超越石墨烯”的新型材料，一方面將熟悉的材料組合出全新的特性。
其中一類新型材料，是與石墨烯擁有相似蜂巢狀結(jié)構(gòu)的“過渡金屬硫族化合物”。該家族化合物中有許多成員仍缺乏研究和探索，例如二硒化鉑(PtSe2)。周樹云及合作者不僅首次成功制備了單層二硒化鉑，還揭示了該材料體系具有高達(dá)1.2電子伏特的能隙——這種石墨烯不具備的性質(zhì)，讓二硒化鉑在光催化作用和光電效應(yīng)領(lǐng)域具有重要的應(yīng)用潛能。實(shí)驗(yàn)證實(shí)，單層的二硒化鉑具有半導(dǎo)體性質(zhì)，而多層累加的二硒化鉑“單晶”，則是一種新型拓?fù)洳牧?ldquo;半金屬”。周樹云團(tuán)隊(duì)順藤摸瓜，瞄準(zhǔn)了“過渡金屬硫族化合物”中的另一個(gè)材料體系二碲化鉬(MoTe2)——很快地，他們直接從實(shí)驗(yàn)上證實(shí)了：低溫下的二碲化鉬具有理論預(yù)言中“第二類外爾半金屬”的特征。該研究成果為層狀材料實(shí)現(xiàn)拓?fù)潆娮訉W(xué)器件開辟了新的體系。
要尋找理想的材料，除了寄希望于新型材料體系之外，另一個(gè)策略則是將一些熟悉的材料進(jìn)行重新組合。周樹云所感興趣的“石墨烯/氮化硼異質(zhì)結(jié)”正是這樣的組合：層狀的氮化硼與石墨烯雖然原子排列十分相似，不過由于原子對稱性的不同，兩種材料的性質(zhì)差異很大——石墨烯具有“半金屬”性質(zhì)，而氮化硼則是不導(dǎo)電的絕緣體。將這兩種材料通過弱范徳華作用力結(jié)合、形成異質(zhì)結(jié)之后，其中的石墨烯出現(xiàn)了原本不具備的半導(dǎo)體性質(zhì)。她的團(tuán)隊(duì)隨后利用ARPES技術(shù)，首次觀測并證實(shí)了石墨烯/氮化硼異質(zhì)結(jié)中的能帶結(jié)構(gòu)及能隙，用直接的測量結(jié)果，解決了該材料體系中有關(guān)能帶調(diào)控的若干關(guān)鍵科學(xué)問題。
周樹云證件照 周樹云所在的凝聚態(tài)物理領(lǐng)域，無論國內(nèi)還是國外都存在懸殊的男女比例現(xiàn)象。不過，女性到底適不適合從事科研，從來都不是她考慮的問題——因?yàn)?ldquo;身邊有很好的榜樣”。
周樹云提到，自己在留學(xué)期間的博士導(dǎo)師Alessandra Lanzara就是一位優(yōu)秀的女科學(xué)家：“我開始讀博士的那一年，也正是她到伯克利開始教職的時(shí)候。在幾年的時(shí)間里，我看到她是怎么樣一步一步從零開始建立小組，并且取得很好的研究成果。在這個(gè)過程中，她建立了家庭、有了孩子，工作和生活都處理得井井有條。”
得益于國家對科技的重視以及國內(nèi)整體科研環(huán)境的改善，目前我國從事科學(xué)研究、開發(fā)、傳播和應(yīng)用的女性科研工作者隊(duì)伍已日益壯大，其中不乏取得斐然成就的卓越女科學(xué)家。然而，由于傳統(tǒng)觀念和社會認(rèn)知的影響，持續(xù)投身科學(xué)并晉升高級職位的女性比例依然偏低。
當(dāng)一些同齡人進(jìn)入事業(yè)迷茫期的時(shí)候，周樹云卻覺得現(xiàn)在是最好的狀態(tài)——與曾經(jīng)的懵懂和迷茫相比，她現(xiàn)在更加明確自己的方向、能力和目標(biāo)。歲月并沒有在她臉上留下太多印記，閱歷卻為她帶來了成熟與篤定。
居里夫人的感人事跡
一、靠自學(xué)走進(jìn)巴黎大學(xué)
瑪麗·居里于1867年出生于波蘭華沙，她是家中5個(gè)子女中最小的。她的父親是一名收入十分有限的中學(xué)數(shù)理教師，媽媽也是中學(xué)教員?，旣惖耐晔遣恍业模膵寢尩昧藝?yán)重的傳染病，是大姐照顧她長大的。后來，媽媽和大姐在她不滿10歲時(shí)就相繼病逝了。她的生活中充滿了艱難。這樣的生活環(huán)境不僅培養(yǎng)了她獨(dú)立生活的能力，也使她從小就磨煉出了非常堅(jiān)強(qiáng)的性格。
瑪麗從小學(xué)習(xí)就非常勤奮刻苦，對學(xué)習(xí)有著強(qiáng)烈的興趣和特殊的愛好，從不輕易放過任何學(xué)習(xí)的機(jī)會，處處表現(xiàn)出一種頑強(qiáng)的進(jìn)取精神。從上小學(xué)開始，她每門功課都考第一。15歲時(shí)，就以獲得金獎(jiǎng)?wù)碌膬?yōu)異成績從中學(xué)畢業(yè)。她的父親早先曾在圣彼得堡大學(xué)攻讀過物理學(xué)，父親對科學(xué)知識如饑似渴的精神和強(qiáng)烈的事業(yè)心，也深深地薰陶著小瑪麗。她從小就十分喜愛父親實(shí)驗(yàn)室中的各種儀器，長大后她又讀了許多自然科學(xué)方面的書籍，更使她充滿幻想，她急切地渴望到科學(xué)世界探索。但是當(dāng)時(shí)的家境不允許她去讀大學(xué)。19歲那年，她開始做長期的家庭教師，同時(shí)還自修了各門功課。這樣，直到24歲時(shí)，她終于來到巴黎大學(xué)理學(xué)院學(xué)習(xí)。她帶著強(qiáng)烈的求知欲望，全神貫注地聽每一堂課，艱苦的學(xué)習(xí)使她身體變得越來越不好，但是她的學(xué)習(xí)成績卻一直名列前茅，這不僅使同學(xué)們羨慕，也使教授們驚異，入學(xué)兩年后，她充滿信心地參加了物理學(xué)學(xué)士學(xué)位考試，在30名應(yīng)試者中，她考了第一名。第二年，她又以第二名的優(yōu)異成績，考取了數(shù)學(xué)學(xué)士學(xué)位。
1894年初，瑪麗接受了法國國家實(shí)業(yè)促進(jìn)委員會提出的關(guān)于各種鋼鐵的磁性科研項(xiàng)目。在完成這個(gè)科研項(xiàng)目的過程中，她結(jié)識了理化學(xué)校教師比埃爾·居里，他是一位很有成就的青年科學(xué)家。用科學(xué)為人類造福的共同意愿使他們結(jié)合了。瑪麗結(jié)婚后，人們都尊敬地稱呼她居里夫人。1896年，居里夫人以第一名的成績，完成了大學(xué)畢業(yè)生的任職考試。第二年，她又完成了關(guān)于各種鋼鐵的磁性研究。但是，她不滿足已取得的成績，決心考博士，并確定了自己的研究方向。站到了一條新的起跑線上。
二、鐳之光
1896年，法國物理學(xué)家貝克勒爾發(fā)表了一篇工作報(bào)告，詳細(xì)地介紹了他通過多次實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)的鈾元素，鈾及其化合物具有一種特殊的本領(lǐng)，它能自動地、連續(xù)地放出一種人的肉眼看不見的射線，這種射線和一般光線不同，能透過黑紙使照象底片感光，它同倫琴發(fā)現(xiàn)的X射線也不同，在沒有高真空氣體放電和外加高電壓的條件下，卻能從鈾和鈾鹽中自動發(fā)生。鈾及其化合物不斷地放出射線，向外輻射能量。這使居里夫人發(fā)生了極大的興趣。這些能量來自于什么地方?這種與眾不同的射線的性質(zhì)又是什么?居里夫人決心揭開它的秘密。1897年，居里夫人選定了自己的研究課題--對放射性物質(zhì)的研究。這個(gè)研究課題，把她帶進(jìn)了科學(xué)世界的新天地。她辛勤地開墾了一片處女地，最終完成了近代科學(xué)史上最重要的發(fā)現(xiàn)之一--發(fā)現(xiàn)了放射性元素鐳，并奠定了現(xiàn)代放射化學(xué)的基礎(chǔ)，為人類做出了偉大的貢獻(xiàn)。
在實(shí)驗(yàn)研究中，居里夫人設(shè)計(jì)了一種測量儀器，不僅能測出某種物質(zhì)是否存在射線，而且能測量出射線的強(qiáng)弱。她經(jīng)過反復(fù)實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)：鈾射線的強(qiáng)度與物質(zhì)中的含鈾量成一定比例，而與鈾存在的狀態(tài)以及外界條件無關(guān)。
居里夫人對已知的化學(xué)元素和所有的化合物進(jìn)行了全面的檢查，獲得了重要的發(fā)現(xiàn)在：一種叫做釷的元素也能自動發(fā)出看不見的射線來，這說明元素能發(fā)出射線的現(xiàn)象決不僅僅是鈾的特性，而是有些元素的共同特性。她把這種現(xiàn)象稱為放射性，把有這種性質(zhì)的元素叫做放射性元素。它們放出的射線就叫“放射線”。她還根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果預(yù)料：含有鈾和釷的礦物一定有放射性;不含鈾和釷的礦物一定沒有放射性。儀器檢查完全驗(yàn)證了她的預(yù)測。她排除了那些不含放射性元素的礦物，集中研究那些有放射性的礦物，并精確地測量元素的放射性強(qiáng)度。在實(shí)驗(yàn)中，她發(fā)現(xiàn)一種瀝青鈾礦的放射性強(qiáng)度比預(yù)計(jì)的強(qiáng)度大得多，這說明實(shí)驗(yàn)的礦物中含有一種人們未知的新放射性元素，且這種元素的含量一定很少，因?yàn)檫@種礦物早已被許多化學(xué)家精確地分析過了。她果斷地在實(shí)驗(yàn)報(bào)告中宣布了自己的發(fā)現(xiàn)，并努力要通過實(shí)驗(yàn)證實(shí)它。在這關(guān)鍵的時(shí)刻，她的丈夫比埃爾·居里也意識到了妻子的發(fā)現(xiàn)的重要性，停下了自己關(guān)于結(jié)晶體的研究，來和她一道研究這種新元素。經(jīng)過幾個(gè)月的努力，他們從礦石中分離出了一種同鉍混合在一起的物質(zhì)，它的放射性強(qiáng)度遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過鈾，這就是后來被列在元素周期表上第84位的釙。幾個(gè)月以后，他們又發(fā)現(xiàn)了另一種新元素，并把它取名為鐳。但是，居里夫婦并沒有立即獲得成功的喜悅。當(dāng)拿到了一點(diǎn)點(diǎn)新元素的化合物時(shí)，他們發(fā)現(xiàn)原來所做的估計(jì)太樂觀了。事實(shí)上，礦石中鐳的含量還不到百萬分之一。只是由于這種混合物的放射性極強(qiáng)，所以含有微量鐳鹽的物質(zhì)表現(xiàn)出比鈾要強(qiáng)幾百倍的放射性。
科學(xué)的道路從來就不平坦。釙和鐳的發(fā)現(xiàn)，以及這些放射性新元素的特性，動搖了幾世紀(jì)以來的一些基本理論和基本概念。科學(xué)家們歷來都認(rèn)為，各種元素的原子是物質(zhì)存在的最小單元，原子是不可分割的、不可改變的。按照傳統(tǒng)的觀點(diǎn)是無法解釋釙和鐳這些放射性元素所發(fā)出的放射線的。因此，無論是物理學(xué)家，還是化學(xué)家，雖然對居里夫人的研究工作都感到有興趣，但是心中都有疑問。尤其是化學(xué)家們的態(tài)度更為嚴(yán)謹(jǐn)。為了最終證實(shí)這一科學(xué)發(fā)現(xiàn)，也為了進(jìn)一步研究鐳的各種性質(zhì)，居里夫婦必須從瀝青礦石中分離出更多的、并且是純凈的鐳鹽。
一切未知的世界都是神秘的。在分離新元素的研究工作開始時(shí)，他們并不知道新元素的任何化學(xué)性質(zhì)。尋找新元素的唯一線索是它有很強(qiáng)的放射性。他們據(jù)此創(chuàng)造了一種新的化學(xué)分析方法。但是他們沒有錢，沒有真正的實(shí)驗(yàn)室，只有一些自己購買或設(shè)計(jì)的簡單的儀器。他們出于工作效率的考慮，分頭開展研究。由居里先生試驗(yàn)確定鐳的特性;居里夫人則繼續(xù)提煉純鐳鹽。
有志者事竟成!大自然的任何奧秘都會都會被那些向它頑強(qiáng)攻關(guān)的人們揭開。1902年年底，居里夫人提煉出了十分之一克極純凈的氯化鐳，并準(zhǔn)確地測定了它的原子量。從此鐳的存在得到了證實(shí)。鐳是一種極難得到的天然放射性物質(zhì)，它的形體是有光澤的、象細(xì)鹽一樣的白色結(jié)晶。在光譜分析中，它與任何已知的元素的譜線都不相同。鐳雖然不是人類第一個(gè)發(fā)現(xiàn)的放射性元素，但卻是放射性最強(qiáng)的元素。利用它的強(qiáng)大放射性，能進(jìn)一步查明放射線的許多新性質(zhì)。以使許多元素得到進(jìn)一步的實(shí)際應(yīng)用。醫(yī)學(xué)研究發(fā)現(xiàn)，鐳射線對于各種不同的細(xì)胞和組織，作用大不相同，那些繁殖快的細(xì)胞，一經(jīng)鐳的照射很快都被破壞了。這個(gè)發(fā)現(xiàn)使鐳成為治療癌癥的有力手段。癌瘤是由繁殖異常迅速的細(xì)胞組成的，鐳射線對于它的破壞遠(yuǎn)比周圍健康組織的破壞作用大的多。這種新的治療方法很快在世界各國發(fā)展起來。在法國，鐳療術(shù)被稱為居里療法。鐳的發(fā)現(xiàn)從根本上改變了物理學(xué)的基本原理，對于促進(jìn)科學(xué)理論的發(fā)展和在實(shí)際中的應(yīng)用，都有十分重要的意義。
三、金子一般的心靈
由于居里夫婦的驚人發(fā)現(xiàn)，1903年12月，他們和貝克勒爾一起獲得了諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)。他們夫婦的科學(xué)功勛蓋世，然而他們卻極端藐視名利，最厭煩那些無聊的應(yīng)酬。他們把自己的一切都獻(xiàn)給了科學(xué)事業(yè)，而不撈取任何個(gè)人私利。在鐳提煉成功以后，有人勸他們向政府申請專利權(quán)，壟斷鐳的制造以此發(fā)大財(cái)。居里夫人對此說：“那是違背科學(xué)精神的，科學(xué)家的研究成果應(yīng)該公開發(fā)表，別人要研制，不應(yīng)受到任何限制”。“何況鐳是對病人有好處的，我們不應(yīng)當(dāng)借此來謀利”。居里夫婦還把得到的諾貝爾獎(jiǎng)金，大量地贈送別人。
1906年，居里先生不幸因車禍而去世，居里夫人承受著巨大的痛苦，她決心加倍努力，完成兩個(gè)人共同的科學(xué)志愿。巴黎大學(xué)決定由居里夫人接替居里先生講授物理課。居里夫人成為著名的巴黎大學(xué)有史以來第一位女教授，還是在他們夫婦分離出第一批鐳鹽的時(shí)候，就開始了對放射線各種性質(zhì)的研究。僅1889年到1904年間，他們就先后發(fā)表了32篇學(xué)術(shù)報(bào)告，記錄了他們在放射科學(xué)上探索的足跡。1910年，居里夫人又完成了《放射性專論》一書。她還與人合作，成功地制取了金屬鐳。1911年，居里夫人又獲得諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)。一位女科學(xué)家，在不到10年的時(shí)間里，兩次在兩個(gè)不同的科學(xué)領(lǐng)域里獲得世界科學(xué)的最高獎(jiǎng)，這在世界科學(xué)史上是獨(dú)一無二的事情!
1914年，巴黎建成了鐳學(xué)研究院，居里夫人擔(dān)任了學(xué)院的研究指導(dǎo)。以后她繼續(xù)在大學(xué)里授課，并從事放射性元素的研究工作。她毫不吝嗇地把科學(xué)知識傳播給一切想要學(xué)習(xí)的人。她從16歲開始，成年累月地學(xué)習(xí)、工作，整整50年了。但她仍不改變那嚴(yán)格的生活方式。她從小就有高度的自我犧牲精神，早年她為了供姐姐上學(xué)，甘愿去別人家里做傭人。在巴黎求學(xué)期間，為了節(jié)約燈油和取曖開支，她每天晚上都在圖書館讀書，一直到圖書館關(guān)門才走。提取純鐳所需要的瀝青鈾礦，在當(dāng)時(shí)是很貴重的，他們從自己的生活費(fèi)中一點(diǎn)一滴地節(jié)省，先后買了8、9噸，在居里先生去世后，居里夫人把千辛萬苦提煉出來的，價(jià)值高達(dá)100萬金法郎以上的鐳，無償?shù)刭浰徒o了研究治癌的實(shí)驗(yàn)室。
1932年，65歲的居里夫人回到祖國，參加“華沙鐳研究所”的開幕典禮。居里夫人從青年時(shí)代起就遠(yuǎn)離祖國，到法國求學(xué)。但是她時(shí)刻也沒有忘記自己的祖國。小時(shí)候，她的祖國波蘭被沙俄侵占，她就非常痛恨侵略者。當(dāng)他們夫婦從礦物中分離出新元素以后，她把新元素命名為釙。這是因?yàn)獒暤脑~根與波蘭國名的詞根一樣。她以此表示對慘遭沙俄奴役的祖國的深切懷念。
1937年7月14日，居里夫人病逝了。她最后死于惡性貧血癥。她一生創(chuàng)造、發(fā)展了放射科學(xué)，長期無畏地研究強(qiáng)烈放射性物質(zhì)，直至最后把生命貢獻(xiàn)給了這門科學(xué)。她一生中，共得過包括諾貝爾獎(jiǎng)等在內(nèi)的10種著名獎(jiǎng)金，得到國際高級學(xué)術(shù)機(jī)構(gòu)頒發(fā)的獎(jiǎng)?wù)?6枚;世界各國政府和科研機(jī)構(gòu)授予的各種頭銜多達(dá)100多個(gè)。但是她一如既往地那樣謙虛謹(jǐn)慎。偉大的科學(xué)家愛因斯坦評價(jià)說：“在我認(rèn)識的所有著名人物里面，居里夫人是唯一不為盛名所顛倒的人。”
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