杜世萱研究员：不弃前行，仰头奔跑

源自：国科大

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　　杜世萱很低调，很难在公开的报道中了解她是一个怎样的人。
　　想了解她，只能在“国家杰出青年基金获得者”“中国科学院十大重大创新成果”主要贡献人、国内外物理学顶级学术刊物，以及国际真空大会和中国物理学会年会等国际国内重要学术会议的邀请报告上、学生们毕业论文和答辩最后的“致谢”中……寻找“蛛丝马迹”，感受她对科研的坚持和真知灼见，对生活的积极，对学生的挚爱。
　　杜世萱也很“简单”，她是中国科学院物理研究所研究员，没有过多身份的加持，让她有足够的精力沉浸于“方寸”计算物理科学之中，自由驰骋，取得一系列具有国际前沿水平的工作。
　　知识分子家庭的熏陶
　　成为一名科学家，这个梦想是儿时的杜世萱内心中最真实的渴求。
　　1970年，杜世萱出生于祖国西南红色革命圣地──贵州遵义，这也是个被誉为“天无三日晴，地无三尺平，人无三分银”的地方。在还存有“重男轻女”思想的社会环境下，她的父母从未因为她是个女孩否定她的梦想，反而是全方位的支持和教育。
　　用杜世萱的话来说，她的诸多好习惯是“被迫”养成的。
　　杜世萱生活在一个知识分子家庭，父亲是革命年代贵州少有的大学生，毕业后成为一名中学教师，母亲是同时代少有的女性大专生。耳濡目染的熏陶，让杜世萱敢于想象作为一名女性也有同等机会发展的种种可能性。
　　“在我的成长道路上，父亲对我的影响非常大。”如今，杜世萱再回首时不禁感慨，大部分对自己一生有极大帮助的好习惯都在儿时养成，并且都得益于父亲的教诲。
　　她父亲在中学教授数学、物理和化学三门课，也让杜世萱受到了超前“理学教育”。在正式入学前，父亲就每天带着年幼的杜世萱到教书的学校上课，“同学”是比她年纪大很多的学生。“虽然年纪太小听不明白上课的内容，但看着黑板上的各种数字组合和奇奇怪怪的符号线条，总觉得非常美。”这是杜世萱第一次对“理科之美”的认识。
　　也许是任理科教师的缘故，父亲坚信“学好数理化，走遍天下都不怕”，闲暇时间也教她做简单的加减乘除，这种思想潜移默化地影响着杜世萱，也因此，她从小对理科就有着浓厚的兴趣，从小学到高中，她的理科成绩也总是最好的。
　　这种学习让杜世萱受益匪浅，“这使我养成了更倾向于自学及独立思考的习惯，而这样的习惯最终把我引向了科研之路。”
　　父母给予了杜世萱在选择上的极大支持和鼓励，但在“坚持”和“执行”的要求上却是极为严苛。
　　杜世萱回忆，父亲家教极严，规定放了学就得回家，下课时间及路上的时间算好了，晚到家就得挨罚，作业必须认真完成，否则撕掉重写。“尽管当时我觉得‘管教’太严，仿佛失去了自由，但也正是这些貌似严苛的要求造就了我守时，以及任何事情但凡要做必追求极致的性格。”
　　追寻自由 敢于挑战
　　科学突破往往离不开科学家的直觉与灵感，而自由，是直觉产生和灵感迸发的重要保障。
　　杜世萱第一次体会到自由的快乐正是在听父亲教学上课的时候。下课了，学生们就带着她漫山遍野地跑，捉蜻蜓、蝴蝶，掰玉米烤来吃，看露天电影，那段记忆中最快乐的时光至今让她难以忘却。
　　“现在才意识到，能在那么小的年纪感受到无忧无虑的自由，是一种福气。回头想来，也正是自那开始对自由的向往和着迷，不经意间影响着我人生道路上的每一个重要的决定。”杜世萱感慨道。
　　如果说儿时的无拘无束是身体的自由，那么，在北京大学的大学时光，则是杜世萱第一次感受到精神和探索知识的自由。
　　在她看来，北京大学的图书馆犹如一个偌大的知识海洋。她沉迷于在图书馆翻看各种书籍，甚至觉得醒着的时间明显不够用。
　　各种各样的人文历史和文学等讲座，更是让她开拓了眼界，接触到更多新鲜事物。“了解的多了，选择也可能就多了。”杜世萱说。
　　毕业时本打算出国深造，但后因各种机缘巧合未能成行，杜世萱回到贵阳家中待了一年多的时间。
　　考虑到未来的发展，杜世萱决定回到北京准备考研，历经坎坷，最终被北京师范大学量子化学专业录取，师从黄元河教授。
　　在杜世萱心中，“黄老师”治学严谨，为人宽厚，在专业和科研方面，给了她非常大的帮助。学物理出身的导师以寡聚物及周期性一维体系的电子结构及其与几何结构之间的关联为主要研究方向，而她的研究课题是富勒烯低聚物的结构与物性的第一性原理计算，这一研究方向为杜世萱后来进入中国科学院物理研究所奠定了基础，更为她取得重要成果打牢了根基。
　　近20年来，杜世萱利用基于密度泛函理论的第一性原理计算，开展了低维功能纳米结构的组装机制、结构与物性之间的关联及调控以及新型二维原子晶体材料的探索等方面的研究，取得了一系列具有国际前沿水平的工作成果。
　　研究生即将毕业时，杜世萱面对选择也经历了一段“迷茫期”。由于那时量子化学专业比较小众化，找到心仪的工作并不容易。当时，北京师范大学化学系给杜世萱抛出了“橄榄枝”，希望她留校任教。
　　“对我来说也是一个不错的选择，在学校教书育人也能为国家作一些贡献。”她讲述着自己的心路历程。只是，想到未来在科研上更长远的发展，杜世萱犹豫了，她“感觉理论计算应该与实际有着更好的结合”。
　　一次机缘巧合，杜世萱遇见了中国科学院院士、中国科学院物理研究所（以下简称“物理所”）研究员高鸿钧。当时，以物理实验研究为主的高鸿钧课题组恰好想要一名做计算的毕业生，杜世萱抱着试一试的态度来到了高鸿钧的办公室。
　　那次交谈，杜世萱至今难忘，“他平和的心态，渊博的学识，以及对未来科研工作中理论计算与实验相结合重要性的展望深深打动了我。”带着对这个远景的向往，她毅然加入到了高鸿钧课题组（物理所纳米物理与器件实验室N04组）中来。
　　一次挑战、一次选择，最终铸就18年坚守。
　　行艰且难 坚持不懈
　　最初在物理所的日子并非一帆风顺。化学专业出身的杜世萱对于很多概念的理解与物理学背景出身的科研人员时常会有所不同，从而造成沟通不畅，这也时常使得她陷入困境，甚至出现了放弃的念头。
　　正是自小养成爱好自学的习惯，让她最终选择继续坚持。在高鸿钧的建议下，杜世萱“重回课堂”，旁听凝聚态物理的各种专业课，同时结合科研中遇到的问题读书、看文献，一步一步将知识与问题融会贯通。
　　为了进一步提升科研能力和知识，2003年8月，在高鸿钧的推荐下，杜世萱前往国际科研“圣地”之一──美国橡树岭国家实验室Steve Pennycook教授的实验室访问学习，并与Steve Pennycook教授的理论研究密切合作者之一、知名半导体缺陷理论大家Sokrate Pantelides教授建立联系。
　　“当时我是带着任务去的。”杜世萱娓娓道来，物理实验上显示出有两种有机分子在银表面吸附结构的扫描隧道显微图，且两种分子选择性地吸附在银的不同表面，她的任务是弄清楚这种现象背后的机制原理。
　　杜世萱很珍惜Pantelides教授每周一次到橡树岭国家实验室的机会并与他讨论，起初的交流讨论与结果分析，并没有得出“让人兴奋的结论”。后来，Pantelides教授让杜世萱再查一下文献看看。可是，早已看过很多遍的文献还有什么可看的呢？
　　尽管心中充满疑惑，杜世萱还是重新仔细阅读了所有的文献，“这一次的文献阅读和之前有了完全不同的理解。”杜世萱似乎有些意外之喜，“作出计算结果之前阅读文献时，重点放在了是否有人研究了这个课题上；而有了计算结果之后再读，就会不自觉地把自己的结果和文献中的作进一步对比。”
　　杜世萱很兴奋，重读文献，她发现了自己的研究结果和前人研究的不同点，而这正是这一研究的亮点所在。她迫不及待地把发现与Pantelides教授讨论，Pantelides教授也非常兴奋，认为这项工作的完成最终能撰写出一篇高水平的文章。
　　回到物理所后，杜世萱着手将这一发现形成学术论文，经过Pantelides教授的修改指导，最终，文章顺利发表在国际物理学顶级学术刊物《物理评论快报》（英文：Phys.Rev.Lett.）上。
　　“这是我人生中第一篇重量级的研究论文。”杜世萱从中也深刻认识到文献阅读的重要性以及如何写一篇优秀的科研论文，“做科研、写文章有一个重点，就是文章不同于写实验报告，没有人关心你是怎么得到这个结论的，你要基于你的实验结果或者计算结果给大家讲一个引人入胜的故事，而你的故事里的每一个细节都要有实验或理论作为支撑。”
　　“从0到1”的突破很艰难，需要潜心蛰伏，更需要与自己对抗。杜世萱始终不弃前行、仰头奔跑。
　　迄今为止，她在《物理评论快报》《自然·材料》（英文：Nature Materials）《纳米快报》（英文：Nano Lett.）等国际高水平学术刊物上发表文章近180篇，相关研究工作被选为《物理评论快报》的“Editors Suggestion”，被美国物理学会、英国物理学会和英国皇家化学会等旗下杂志进行了亮点报道。
　　2019年9月，以杜世萱和高鸿钧为通讯作者的又一项重量级成果在国际上亮相──首次实现原子级石墨烯可控折叠，未来有可能利用它创造效率更高的手机、电脑等电子设备。该技术被称为“石墨烯折纸术”。
　　事实上，想要折叠石墨烯并不容易，尤其是根据特殊需要沿特定方向对石墨烯进行“折叠”，具有极大的挑战性，杜世萱与实验合作者花了一年多的时间做准备。
　　“石墨烯折纸术”的成功，特别是相对旋转角度的高精度可控，开启了从原子精度构建魔角石墨烯并探索多体关联态及非常规超导电行为的全新时代。“通过结合折叠形成的三维结构以及其新奇的性质，我们在未来可以构筑出一些量子器件甚至量子机器，如石墨烯纳米天线、石墨烯纳米机器人等。”杜世萱充满期待。
　　回首一路走来，对于杜世萱来说，高鸿钧和Pantelides教授是对她科研成长影响较深的两个人。“他们让我感受到科研不仅是一份工作，也可以成为一个人的爱好，就像有人爱跑步、有人爱听音乐一样，当它成为你的爱好，也就成为你生命中不可或缺的一部分。”
　　宽以待人 严以律己
　　过往的感悟和熏陶，杜世萱在培养学生时继续传承。
　　在中国科学院大学2016级博士研究生张瑞梓看来，“杜老师”对学生是启发式教育。“在遇到问题时，她不会直接帮我们解决而是启发我们自己探索。在交流的时候，对于每一个细节都把握的十分严谨，帮助我们养成良好的科研习惯。”
　　杜世萱从读文献中获益，她也常常希望学生多读文献。“她建议我们不要限定方向，多了解相关领域的最新进展。”张瑞梓说，他们每周有两次分享交流会，要求分享阅读文献后的收获。
　　张瑞梓回忆自己经常因为不够严谨而多走弯路，“与杜老师交流时，她不仅耐心帮我指出问题，还启发我找到新方向，比起刚来的时候，我在科研上进步了很多。”
　　去年博士毕业的高蕾，如今已成为昆明理工大学的一名老师了，也一直与杜世萱和课题组保持着密切合作。
　　在高蕾眼中，“杜老师”很温柔，是“妈妈般的导师”。“杜老师严以律己，但从未跟学生‘红过脸’，甚至重话都没有说过，每次我犯错时，她都是温声细语地指出来，而不是责备。她在我生活中遇到挫折的时候，也给了我很大的鼓励和力量。”高蕾说。
　　除了科研人员、老师，杜世萱还是孩子的妈妈。
　　读研究生时，她便做了母亲，白天上课、写作业、读文献、做研究、写论文，晚上带孩子，自己博士毕业的那天，儿子也从幼儿园顺利毕业。披星戴月，她付出了比常人更多的努力和辛苦。
　　在杜世萱眼中，这些付出是幸福和快乐的，“我们相伴走过了各自人生中的一个重要阶段。”
　　对待孩子，她认为，自己的一举一动都会潜移默化地影响孩子，所以我希望孩子能拥有的美好品质都必须先从自己做起。“父母本身就是孩子最好的榜样。”
　　杜世萱是第十届“中国青年女科学家奖”获得者。事实上，每到3月，女科学家的话题常常被人谈起，她们肩负着更多身份、承担着更多责任，这使得她们要想在某一领域有所建树，需要比常人付出更多努力。
　　“可正是这样的努力，让我们能体会到加倍的快乐和成就感。”杜世萱积极看待这样的问题。可是，女性科研工作者“高位缺席”现象至今未有较大改变，很多女生止步于硕士和博士。也正因此，杜世萱每每看到有年轻女性步入科学领域时，便会不自觉地感到欣慰。
　　她希望青年女性勇敢地面对，尽己所能做到最好，不要因为自己是女性就有所懈怠，并且不到最后关头一定不要放弃。
　　人的一生要面临无数大大小小的选择，究竟作出怎样的选择才是正确的？
　　在杜世萱看来，选择没有对错，作出决定后就应无怨无悔，并为之付出全力。“每个决定，即使是错误的决定，也有它出现的理由。但错误出现的目的是让人反省，使下一次做得更好，而不是为了让人后悔。”
　　杜世萱坦承，自己也做过错误的决定、体会过失败的滋味，“只是我很少感到后悔，选择了便为之努力奋斗，这使我能够在科研之路上心无旁骛，享受人生旅途中的每一处风景。”（作者系国科大记者团成员）