青涩的学术生涯从拉曼散射研究开始——南京大学物理学院吴兴龙教授

1990年初秋，我离开政府机关踏上了去南京大学的研究生求学之路，心中的忐忑不言而喻。南京大学是一所国内著名学府，有众多我少儿时代就已耳熟能详的著名学者，当时的物理研究更是闻名遐迩，有魏荣爵先生和冯端先生分别领衔的声学和晶体物理学研究团队承载着中国物理学的半壁江山。欣喜之余，毅然选择了光学和晶体物理学的交叉学科拉曼散射作为我研究生阶段的研究方向，由此开始了我的学术生涯。

记得进校的第一年，就选修了在拉曼散射方面有深厚造诣的张明生教授给全校研究生上的拉曼光散射课程，因为是一门全校公选课，选修的同学特别多，有物理、化学、生物、地质等满满一教室学生。记得张老师的第一堂课是介绍了拉曼散射的发展历史，从瑞利散射讲到拉曼是怎样发现苯分子的振动，提出拉曼散射原理，随后张老师用简正坐标推导了晶格动力学的振动方程，导出了晶格振动的频率。一些复杂数学方程的推算，使得原本对拉曼散射颇感兴趣的同学突觉拉曼散射课程的难度，到第二节课时，听课的同学就只剩6位了，其中包括化学系的陆云和生物系的一位同学。记得第二节课张老师讲授了振动的对称性分析，涉及了一些群论知识，这次讲课的结果直接把除我们三人之外的其他同学吓得从此没有了听课的兴趣，在随后的时间里，这门课程一直只有我们三人，但张老师仍是一如既往的认真教学。通过这门课程的学习使我积累了拉曼散射基本理论和实验的许多基础知识，也增加了研究拉曼散射的兴趣。后来我惊讶地发现，我们一直坚持下来的三位同学毕业后都留校任教，三人也一直坚持做拉曼散射研究，只是研究的材料稍有不同而已。

进入拉曼实验室也是在张老师课程的最后实践训练课上，这也是我第一次真真切切见到了当初为数不多的由世界银行贷款统一购买的最先进的美国SPEX 1403拉曼谱仪，它是由长度达0.64米的双光栅单色仪构成，因为长距离的光栅分光，使得这台拉曼谱仪具有高的分辨率和高的灵敏度，特别是无需使用滤波器就可抑制瑞利线到几十个波数。由于当初的拉曼研究还是以晶体材料的声子特性为主，故而样品腔没有显微装置，主要以直角散射为几何配置获取拉曼信号，在做薄膜样品时，需要自制一个样品架，把样品倾斜起来，以增加透光面积，从而增加散射的光通量。此外这台设备也没有CCD检测装置，信号收集使用低温Ge光电探测器，信号收集速度较慢，一个50-1000波数的拉曼谱测量往往需要30分钟以上，因此为获取多几个样品的拉曼谱，需彻夜留在实验室工作，因实验室温度较低（恒温18oC），不经意的瞌睡，常引起感冒，但心无旁骛，工作劲头十足。

T64000激光拉曼谱仪                 阿飞罗夫参观实验室

博士阶段在导师冯端先生和张明生教授指导下开展拉曼散射工作，研究质子交换的LiNbO3和LiTaO3及Nd掺杂LiTaO3晶体的声子特性，揭示体和表面掺杂后引起的拉曼模变化。对一个参加工作已有6年之多的“老”学生而言，学习的努力不言而喻，再加每周差不多有两天时间的拉曼谱仪可供使用，让我获得了大量的拉曼谱数据，为随后的分析奠定了基础，也由此帮助我在博士阶段完成了5篇学术论文，后留校任教。现在回想起来读博阶段的努力是何等重要！记得那个年代只有打印出来的纸质拉曼谱图，我常常把它们满满地排列在寝室的床上，仔细、反复地比较区别，随时地对比文献，找出思想，获得结论；也深深体会到和导师的讨论总能收益匪浅。有一次请冯端先生帮助修改一篇论文，冯先生看后说，英文修改比较容易，但是物理概念的清晰更是一篇论文的基石，这句话深深地影响着我的科研直到现在。也有一次在整理一些数据时发现，有一个振动模在多种几何配置下其强度始终很大，阅读了许多文献就是不得要领，那天正好在办公室见到张老师，刚一询问就见张老师脱口而出，是样品应力造成的，此语一出茅塞顿开，让我猛然把读过的文献中不能连贯的知识瞬间地链接起来，顿然明白是应力导致的光折变效应，引入了很强的内建电场，促使了这个振动模在一些不应出现的几何组态下出现和强度增强。当初的这个情形历历在目，现在我在带学生时非常强调和学生的讨论，发现好多学生读过很多文献就是不能把知识连贯，因此很难提出一些创新的想法，老师的一个简单暗示或许就是点睛之作。

毕业后来到半导体物理与材料研究实验室，开展了纳米材料的拉曼散射研究，此间有很长一段时间常幻想能拥有一套可以自由支配使用的拉曼谱仪，也常幻想能中一次彩票，去买一台世界最好的拉曼谱仪。感谢祖国的蓬勃发展，此愿望得以在千禧之年实现，那年国家开展物质科学平台建设，我有幸获得200多万研究经费的支撑，在国内率先购买了法国Jobin Yvon公司T64000由三单色仪组成的带有微区的激光拉曼谱仪，同期购置此设备的国内仅三家，北京物理所刘玉龙老师的那一台安装到位最早，做出了许多重要的工作，深圳大学也购置了一台，据说由于人员配备不足，没有进入实质性的使用。我们实验室安装成功后也一度成为教育部定点的对外开放实验室，获教育部开放基金的支持。2002年南京大学举行百年庆典，前苏联科学院约飞技术物理研究所前所长诺贝尔奖获得者阿飞罗夫被邀参加我校庆典，还专程参观了我的拉曼实验室，由我代表实验室向他介绍了我们在拉曼散射上取得的成果，此后的一些研究思想部分也得益于和他们的不断讨论。

T64000拉曼谱仪的架构至今已历时了20多年而鲜有改变，其最强大的功能是能实现前两个单色仪的相加和相减模式，由此使得其有很高的灵敏度和分辨率，特别是相减模式下可把瑞利散射线压得极低，在不用高性能滤波器的情况下，低波数可以测到5cm-1左右甚至更低，此为各种声学声子、磁振子、等离激元等更多元激发的研究提供了可能。值得庆幸的是，有了这台拉曼谱仪，我做了一批纳米颗粒表面声学声子研究的工作，也较早提出了表面声学声子-极化子（polariton）的概念，随后也在低波数段，揭示了由纳米片组成的核壳结构氧化锌纳米球具有高效、室温的太赫兹发射。T64000拉曼谱仪还有一个重要的功能，它可以使用第三单色仪检测材料的荧光发射，获得高质量的光致发光谱。在对拉曼散射的研究中，也激发我对半导体纳米材料发光现象研究的兴趣，并由此在实验室前任主任鲍希茂教授带领下获得了一项国家奖。现今随着研究组的扩大和学生的增多，研究内容也扩大至纳米材料的生长动力学、磁性和光电催化等多个方面，但是对拉曼散射和荧光谱学的研究仍是我最敏感也最为擅长的研究内容，我至今引用超过千次的一篇论文，就是先研究拉曼散射后揭示荧光现象的结果。现今拉曼谱仪和拉曼散射研究获得了蓬勃发展，已经渗透到几乎所有的研究领域，展示出极大的应用潜力，我由衷地为我当初的选择感到庆幸，正是这门学科的发展造就了我的现在。

作者简介：

    吴兴龙教授，1995年2月博士毕业于南京大学物理系凝聚态物理专业，现为南京大学物理学院教授、博士生导师。长期从事半导体微纳结构的设计、发光和拉曼散射特性的研究，近期开展微纳结构在光电催化效应方面的探索。在包括Nat Nanotechnol、Nat Commun、Joule、Phys Rev Lett、J Am Chem Soc、Nano Lett、Adv Mater、Angew Chem、ACS Nano等高水平杂志上发表论文300余篇，论文被同行在国际杂志上他引万余次，单篇他人引用超1000余次。2002年获国家杰出青年基金资助，2007年入选教育部长江学者特聘教授。主持和参与国家科技部 “973”项目、国家自然科学基金委、教育部、江苏省自然科学基金委等重点和面上项目多项。曾获国家自然科学四等奖、江苏省科技进步一、二等奖，2017年获教育部自然科学一等奖。