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爱的磁场筑就化学凌云之木:记全国优秀员、北京大学化学与分子工

归档日期:09-14       文本归类:磁性弛豫      文章编辑:爱尚语录

  高松,男,汉族,1964年2月生于安徽泗县,1984年6月加入中国。1985年、1988年和1991年先后获北京大学理学学士、硕士和博士学位。现任北京大学化学与分子工程学院教授、中国科学院院士、英国皇家化学会会士(FRSC)等。曾获中国青年科技奖、国家自然科学二等奖等,2002年被聘为教育部长江学者特聘教授。2011年被评为全国优秀员。

  “作为一个社会主义时代的大学生,我之所以要加入中国,是因为我觉得认清历史发展方向,做一个自觉的革命者,也是进步青年的必由之路。——1984.6.25 高松”

  这是北京大学化学与分子工程学院教授、中国科学院院士、无机化学家高松写在自己的入党志愿书中的一段线年来,他也以自己崇高的理想与执着的追求践行了自己年轻时代坚定的志愿。

  “国家自然科学二等奖”、“教育部自然科学一等奖”、“中国青年科技奖”、“中国分析测试协会科学技术一等奖”、“国家杰出青年基金获得者”、“英国皇家化学会会士”、“中国科学院化学学部院士”……这些是现年47岁的高松已经获得的荣誉。而在他的人生坐标上,这只是他实现个人对社会的贡献这样最崇高、最美好理想的一小步。

  1964年,高松出生在安徽一个偏远县城泗县,从小就热爱学习,品学兼优。高松的父亲是当地的中学老师,母亲是小学老师。父亲是上个世纪50年代就入党的老党员,从小就重视对子女德育、智育的培养,教导子女要将学到的本领报效国家。父亲对工作的责任感、宽厚执着、嫉恶如仇的性格、对事业的执着追求以及他对人生、对社会、对人类前途坚定的信念对年幼的高松影响很深。因此,尽管高松那时一心热爱学习,但也参加一些班级的社会工作,培养了自己强烈的集体主义精神和工作责任感。

  1977年,在安徽泗县瓦坊中学念初二的高松读到了元帅的《攻关》诗:“攻城不怕坚,攻书莫畏难。科学有险阻,苦战能过关。”并读到了当时大热的徐迟的报告文学《哥德巴赫猜想》,令少年高松感受到科学研究的神圣崇高与艰苦。这些也成为日后激励高松热爱科学、刻苦学习的精神支柱。

  初中三年级时,高松开始接触化学,并从此迷上了这门有趣的科学,他喜欢化学,盼望着上化学课、做化学实验。这门学科也最终成为高松的人生志向。1981年高中毕业时,高松的高考第一志愿全部填写的是化学学科专业,并最终以优异的成绩考入北京大学化学系。

  北大化学,这个发端于1910年的中国历史最悠久的化学学院,从最初的“格致科化学门”一直到今天的“化学与分子工程学院”历经时代变迁,始终保持着在全国的领先地位。陈景润、杨乐、张广厚等科学家的故事早已令少年高松心驰神往,进入北大后,他还常常从北大图书馆里借阅《爱因斯坦文集》、《玻尔研究所的早年岁月》这样的科学家传记、科学史等著作来看。

  上大学以后,高松不断的思考,明确自己的学习目的,端正学习动机,树立科学的世界观。这时,他读到了陈建功的小说:《漂逝的花头巾》,小说中的问题也引起了高松的共鸣:“生活的支点在哪?”高考前的目标很明确就是上大学。那么,上大学后呢,考研究生?“难道我的目的就是为了学位么?”这些疑问时常萦绕在他心头。

  高松热爱祖国、热爱化学。通过两年多的学习,高松一直在学习、生活的实践中调整、修正自己,慢慢地,他逐渐认识到化学是一门中心科学,通过对物质结构与性质关系的研究,可以征服疾病,解决能源问题,改善环境问题,提供导致新工业发现、推动国家防卫与安全发展的新材料与新技术。另一方面,他也逐渐认清,个人不能脱离集体、社会而存在,个人的价值就在于对社会的贡献。他逐渐步入科学研究的殿堂,并坚定了通过研究化学最终造福社会的信念。1984年,高松作为本科生光荣地加入了中国。在北大学习的四年中,高松三次被评为三好学生,一次被评为优秀团干部。

  1985年,成绩优异的高松被推荐免试攻读北京大学化学系研究生,并从此师从著名化学家徐光宪院士,开始多核稀土簇合物与分子磁性方面的研究,并延续至今。

  化学界泰斗徐光宪院士一生致力于我国稀土事业科学研究。现在采用徐光宪院士科研成果生产的单一高纯稀土大量出口,使中国生产的单一高纯度稀土已占世界产量的80%以上,中国终于实现了稀土资源大国向稀土生产大国、稀土出口大国的转变。他在这个领域取得的辉煌成就被外国同行称为“中国冲击”,他因此被誉为“中国稀土之父”。徐先生于2008年获得国家最高科技奖。高松是徐光宪的学生之一,在他眼里,徐光宪不仅是非常有名望的科学家,也是位非常宽厚、平易近人的老师。

  徐先生在高松的成长道路上对他影响很大,20多年来,在研究方向、学术道路上给予高松许多无微不至的指导。高松硕士阶段的工作是在徐先生的指导下从事稀土配合物方面的研究,研究期间曾多次到工厂实践,在过程中高松学到了很多东西。在高松完成了硕士学位论文后,出于自己的兴趣,想转变自己的研究方向。可是原本的领域正是紧缺人手的时候,高松有些担心老师是否会理解他的选择,于是忐忑不安地给徐先生写了一封信,表达了自己的意愿。开学后,徐先生立即找到高松,鼓励他的选择,还帮他出主意:在原领域继续做一些科研,并同时在职攻读新方向的博士,这一举两得的办法给了高松事业发展很大的帮助,也指明了他今后发展的方向。此后,高松在徐光宪院士和黎乐民院士的指导下开始多核稀土簇合物与分子磁性方面的研究,并一直持续到今天。

  事实上,早在本科阶段,高松已经在徐光宪领导的实验室做论文,硕士期间,在徐光宪、李标国、严纯华等老师的指导下,他参与北大稀土研究中心稀土萃取分离技术仿真模拟程序的优化设计和工业实践,其相关工作取得理论和工艺技术方面的重大突破。1991年,高松获得化学博士学位,并留校任教。

  1995年至1997年期间,高松作为洪堡学者在德国亚琛工业大学访问研究。赴德期间,高松把握机会,如海绵吸水般的吸取知识的营养,他抓紧一切可能的时间,泡在图书馆最新的文献中,守在实验室进行研究。同时,高松也注重与欧美著名学者的交流,虚心学习请教,还参加欧共体分子磁性重点项目的年度学术交流会,拓展了他的研究视野,使其对分子磁性领域的最新进展、国际前沿的信息有了全面的了解。“那段时间对于开阔我对化学方面的视野,对于我了解世界范围内的一些化学前沿的研究课题都有很大帮助。”高松回忆说。

  1997年,从德国访学回到北大,正赶上“211工程”的实施,高松在化学学院支持下购置了一台磁性质测量仪器MagLab,从此,高松真正有了科研的“武器”。这台国内当时还较少见的低温磁测量仪器令高松感到十分的高兴与兴奋。从此,实验室成了他的“家”。为了节省仪器运行消耗液氦的成本,提高仪器使用效率,他在实验室放上一张行军床,与研究小组的学生们一起不分昼夜轮流进行实验观测,高效地测定自己合成的分子的磁性质,并对其性质间的差异进行分析,探寻背后隐藏的规律。

  磁性是物质的重要属性之一。人们通常见到的传统磁体如氧化物、合金,都是以离子或者金属原子为基础连接在一起形成的固体材料。但磁体只有在一定的温度下才会表现出磁有序性质,这一温度就是所谓的临界温度。目前人们得到的分子磁体常常要在零下200多摄氏度的低温下才表现出磁有序。分子磁体往往要通过一个有机配体的“桥”来连接磁性中心并有效传递作用,从而使其表现出磁性。近20多年来,全世界从事分子磁体研究的科学家不少致力于通过改变“桥”来把分子磁体的临界温度提高到室温,目前成功的体系尚十分有限,因此高临界温度分子磁体的研究仍然吸引着一批科学家在探索。

  设计和制造新材料一直是化学家们的追求。分子磁性研究的妙处就在于可以通过改变分子磁体的有机配体“桥”的连接方式,调控和设计分子磁体中磁矩的排列和相互作用,构筑具有特殊性质的磁性材料。高松小组的研究正是在微观世界里拆拼组合,构造出不同的结构,得到一些具有更好性质的新材料。分子磁体研究未来有望为发展高密度磁存储、磁致冷以及量子计算等提供新的可能的分子材料。相比传统的氧化物或金属间化合物的磁体材料,分子磁体研究未来有望为发展高密度磁存储、磁致冷以及量子计算等提供新的可能的分子材料,这将是一个飞跃,对于新能源、新材料的研究,具有划时代的意义。

  然而,“分子磁学”作为一个全新的物理和化学的交叉领域,其研究也是一项全新的挑战。由于启动期间条件艰辛,高松也想方设法地节约成本:仪器运行开销大,液氦要100多元一升。高松与学生们想法回收,将液氦挥发成的气体回收到气囊里,在小车间安置一台压缩机,把氦气压缩到钢瓶中,再将钢瓶送到低温中心换取液氦。这个回收方法将成本节约了一半,但是运转起来更麻烦:气压太大,气会泄露;担心气囊过压,总得有人值班。虽然过程繁琐、辛苦,但是高松和组员们似乎只体会到对实验有利的兴奋。正是通过这种苦行僧式的实验研究,高松和小组成员终于观察到了含有稀土离子的分子磁体中依赖外磁场的慢磁弛豫现象(Angew. Chem., 2001, 40, 434)。这一现象立即引起了欧美分子磁体研究界的广泛关注,世界上首先对单分子磁体展开研究的意大利科学家D. Gatteschi在2002年撰写的评论文章中大篇幅介绍了这一进展(Chem. Rev. 2002, 102, 2369),并评述到:“这种稀土离子在零磁场下顺磁行为,在加场下表现出慢弛豫行为确实出乎意料,很像单分子磁体的磁弛豫行为,值得开展更多的研究工作。”

  这样的进展以及世界一流科学家对于自己研究工作的肯定对处在起步阶段的高松是极大的鼓励,他没有止步不前,而是在已发现的类似于单分子磁体弛豫行为的基础上将自己的研究领域拓展到当时分子磁体领域最前沿的分子纳米磁体。传统的磁体,包括分子磁体都是通过磁矩在三维方向上的相互作用达到磁体的性质,而分子纳米磁体则可以使磁矩在一维(单链磁体)甚至零维(单分子磁体)即表现出磁体的性质。将其研究方向拓展入该领域后,高松迅速走进最前沿,率先报道了世界上第一例同自旋的单链磁体(J. Am. Chem. Soc., 2003, 125, 13976),将2005年诺贝尔物理学奖获得者Glauber教授早在1963年提出的一维Ising链动力学理论模型以分子实物的形式展现在世人面前。

  在发现稀土离子的场依赖弛豫行为后,高松始终都在思考其背后的原因,特别是开展分子纳米磁体的研究以来,他逐渐认识到这背后隐藏的深刻的机理。依据这样的思路,他和他的学生通过控制稀土离子配体场的方法构筑了仅含有一个自旋中心的单分子磁体(Angew. Chem. Int. Ed., 2010, 49,7448),并由此提出了“单离子磁体”的概念。这一回高松又一次走在了国际分子纳米磁体领域的最前沿:他们根据建立的单离子磁体的概念,选取特殊的配体构筑了世界上最小的磁体,只含19个非氢原子的分子磁体!这是高松一个月前的最新进展,这一结果刚一发表,迅速引起国际化学界的广泛关注,国际化学科技新闻杂志《Chemical&Engineering News》针对这一工作撰写评论(2011, 89(13), 8.),其中提到“如果将这样的磁体应用于信息存储,将比现在同体积的磁性存储材料提高数千万倍的存储量。”在该篇报道中,单分子磁体领域的专家,美国Texas A&M大学教授Kim Dunmar教授认为:“这一单离子磁体采取全碳原子参与配位,为单分子磁体的发展开拓了一个全新的领域。”

  高松热爱他的研究工作。大量的实验工作在旁人看起来是繁琐、枯燥甚至有些无聊的事情,但是对化学那种天生的热爱与执着则令高松视之为快乐。他常说:“苦只是一个方面,实际上有很多乐趣,特别是观察到一个意想不到的现象、得到一个新的结果,都会让人感到兴奋和激动。”

  高松还主持国家自然科学基金重大项目――“分子固体的控制合成与功能性质的研究”及“稀土功能材料基础研究973项目”子课题。他的研究小组在发现新的磁现象、发展新类型分子磁体方面取得了一系列重要进展,系统发展出设计分子磁体的一些新途径;发现一些弱作用体系外磁场依赖的慢的磁弛豫行为,得到第一例同自旋单链磁体等。在多个研究方向上,高松小组的工作都保持在国际前列。

  功夫不负有心人。正是这种不怕吃苦、以苦为乐的精神使得高松及其合作者不断取得新的进展和突破。1998年至2011年,高松及其合作者在配位化学和分子磁性领域发表SCI论文300余篇,累计SCI引用次数达8600余次。h指数为51。这些数字的背后则是高松20多年来的孜孜不倦的日夜奋战。

  更可贵的是,高松的实验室是一个开放的实验室。高松认为,自己的研究做好还不够,只有带动和促进国内同行一起进步才能对国家科学事业的发展做出更大的贡献。1997年,作为率先购置磁测量仪器的单位,高松将实验室仪器向国内和国际同行开放,经常帮助其他研究组进行样品的磁性样测试,并开展广泛的科研合作。直到现在,高松还经常收到别人从外地寄来的待测样品。甚至还有一位研究者,高松给他测试了很多年的样品,却从未见过面。

  从十几年前高松等作为国内分子磁体领域实验研究的先行者,到后来国内许多高校购置了磁测量系统,国内的分子磁性研究已经在国际上产生重要的影响,高松的努力也推动了我国分子磁体研究的发展。2010年10月,第12届国际分子基磁体会议(ICMM2010)在北京召开,高松任大会主席。这是该会议举办二十余年来首次选择中国作为东道主,这是国际科学界对中国分子磁体研究的承认,也是对高松在该领域贡献的肯定。

  说高松是新中国自身培养出的一流科学家的代表一点也不过:除在安徽老家17年,德国亚琛1年半,香港大学半年,其余的28年全在北大燕园。因此,高松也对北大、对学生都有着深厚的感情。

  高松的老师徐光宪爱学生,一生满园桃李,为学生的成长倾注了全部热情,他曾说“我最大的成就,是培养了一批好学生,他们今天的成就早已超过我。”谈起自己学生青出于蓝而胜于蓝的成就,徐先生无比骄傲。徐光宪院士高尚的个人品德和勤奋严谨的科学作风为化学界所称道。他的事业追求、为人处事中的点点滴滴也给高松的人生画出了一个大写的人字,使高松了解到作为一位老师如何为人为师,为高松以后的教师生涯树立了崇高的目标。

  2006年,高松开始担任北大化学学院院长,在就任院长大会上,他这样说道,“院长只是一个临时的岗位,实际上,这个岗位本身是服务性的。”而他任院长期间的最大心愿就是“创造一个更好的环境和氛围,让更多的人能够发挥自己的作用,特别是为年轻的教师和学生创造更多的机会”。他明确化学学院的学科布局是以基础研究为中心,促进学科交叉、发展前沿科学。“立足基础研究,这是大学的根本,是为明天的社会发展提供源动力。同时,我们的一些基础研究,又是面向国家的需求。”高松说。正是高松和化学学院所有同事们集体的努力,才使得北大化学院成为一个人才济济的“大”院:院士8人,长江学者特聘教授15人,国家自然科学基金委杰出青年30 人,有2个国家重点实验室,2个教育部重点实验室,2003年底国家科技部批准北京大学化学学院与中国科学院化学研究所联合筹建“北京分子科学国家实验室”。

  尽管院长的职务行政事务繁多,课题组也有繁重的科研任务,但高松还是坚持在自己热爱的教书育人事业上亲力亲为,倾注了极大的热情。出身教师家庭的高松,对于教育事业有着发自心底的热爱。43岁就担任中科院院士,在别人看来已经是了不得的荣誉,而对高松而言,最看重的身份还是教师。在参加纪念全国科学大会30周年的座谈会上,高松这样介绍自己:“我是北京大学化学学院的教师高松。”

  教学内容的更新、教学方法和手段的改革、学生能力的培养等等,他都投入了很大的心血。1999年以来,高松一直参与生物/医学类本科生一年级普通化学课程的教学工作。长期的教学使他发现,应该根据教学实践的需要,进行及时的革新。2005年,他建议学校将生物医学类的课程从“无机及分析化学”改为“普通化学”,他亲自主编本科生基础课教材“普通化学(生物类)”, 并获2007年北京高等教育精品教材建设立项。2009年起,他承担本科生“无机化学”的教学工作,对于如何组织课堂教学,特别是如何通过问题的设置来增强与学生的互动,如何对于引导学生阅读最新或经典文献,加深对于无机化学基本概念与原理的理解等方面,进行了有益的探索。多年担任该课程助教的杨展澜老师说:“高老师讲授的无机化学课程,每年都有新内容,即便是有部分未更新的幻灯片,他每年讲述的内容也不一样”。在教授研究生课程“群论与化学”时,高松考虑到数学推导多,理解难度大,多年来他一直坚持使用板书,对学生进行推引,并充分进行互动,使学生在真正意义上理解群论在化学中的应用。

  对学生培养过程中,他注重激发学生自身的兴趣和创造力,鼓励他们独立和批判性的思考,尽可能为他们创造良好的环境和机会,积极支持他们参加国内外的学术活动,同时也注意科学道德、科学思想方法、实验技术、写作与表达等方面的基本科学素养的培养。他曾说:“要和学生进行充分的交流,要让学生学会独立思考和分析解决问题的能力,同时还要强调学术水平等。”在科研过程中,导师的主要作用是把握科研方向充分调动学生的积极性,具体工作还是学生自己一步一步、踏踏实实去完成。他也常教导学生,“机遇和灵感往往只光顾有准备的人,只垂青于孜孜以求的勤勉者。一份耕耘,一份收获,只有付出努力,才会有所回报。”

  “他十分尊重学生的想法,无论是科研上的,还是人生道路上的,他都会仔细聆听,再合理分析,从来不会将自己的意愿强加给学生。”化学学院2006级博士生蒋尚达说。蒋尚达曾担任北大校团委副书记三年,能力突出,但他始终最爱的是化学。他在研究单离子磁体时曾一度对求解稀土离子的低激发能谱感到困惑,苦于实验条件所限很难再突破,因此曾对是否继续从事化学研究有所动摇。然而就是在2010年高松主持的第12届分子磁体国际会议上,蒋尚达听到来自美国国家强磁场实验室专家的报告,一直困扰他的学术问题看到了曙光。高松为他深入地分析了该研究的国际进展状况和可能的突破点,这场讨论也使蒋尚达最终坚定了自己的科研道路,“是高老师的人格魅力最终指引了我的人生。”蒋尚达说。

  高松热爱学生,他尽量抽时间与学生们待在一起。每周三晚上,高松要和学生们一起开组会,用一个晚上的时间,或者由一位同学讲文献综述,或讲一本书中某一章内容。“高老师比我们还勤奋,每次布置给学生的阅读文献,他都会亲自看、亲自讲。他对组里每个学生的研究方向跟得较紧,会把各个杂志的最新动态介绍给大家,遇上与组里研究方向有关的文章,他还会通过电子邮件发给相关的同学。有什么新的想法他甚至会及时的发一条简单的短信与学生一起分享。”学生们感叹。尽管如此,高松还常常觉得自己现在与学生一起讨论的时间少了,言语中常含愧疚之意:“我现在常常问自己,我是一名合格的教师吗?我有多少时间在给学生上课,又有多少精力在和研究生研讨学术?”这是高松在北大2008年新春团拜会上的发言,发自肺腑,满含对学生的责任,也深深包涵着高松对教师职责的神圣追求。

  高松心里揣着学生,外出开会,总忘不了给学生们带点小礼物:去夏威夷就带夏威夷豆,去日本就带日本点心,就连在香港给每位同学买回的瑞士军刀,也没忘了给女生挑个袖珍版的。“跟着高老师读书,是一件很幸福的事。”他的博士生们这样说。高松爱学生,时刻从学生利益出发,考虑学生的需要,尽自己的可能予以帮助:有学生家庭环境不好,他悄悄地为经济困难的同学偿还助学贷款;有同学在学业中遇到困难,对科研道路没有信心,他会慢慢疏导,积极地为其设计成长路径,使同学最终逐渐走上学术正轨;学生毕业,高松都会认真地撰写临别赠言:“毕业了,以后对父母多一份关心与照顾。读研了,工作了,保持平和的心态。我们都是凡人。”熠熠光环的笼罩下,是一颗依旧执着于科学追求、关爱提携后辈的心……

  桃李不言,下自成蹊。在高松的组里,勤奋和自觉已经成为一种文化。而高松对学生的付出获得了丰厚的回报:10年来,培养毕业博士生17名,其中,一人获2002年全国百篇优秀博士论文奖。他还指导了由“君政基金”支持研究的本科生3名、“校长基金”本科生1名、理科基地“本科生科研基金”课题多人。其中,他指导的2002级本科生王璐在大学期间科研成绩突出,作为主要作者(第二作者)在J. Am. Chem. Soc.和Chem. Mater.等期刊上发表了高水平的论文,且品学兼优,被美国哈佛大学录取为研究生。

  “生活的支点在哪里?”这是年轻时代的高松给自己的问题,20多年过去,他以自己的执着、坚守、努力与奋斗实践着自己对科学事业的坚持、对人生的崇高追求,并将继续锲而不舍地钻研、默默无闻地奉献,来完成他绚丽的人生答卷。(文/北大新闻中心 郭俊玲)

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