“除了腦袋之外，科學的飯碗就是科學儀器，我們的飯碗必須端在自己手里。”站在一塵不染的實驗室里，面對著一臺臺插滿了管線、頗具硬核科幻感的高端電子顯微鏡以及忙碌的年輕科學家們，我們眼前的場景分明為張澤院士這句樸素的話增添了分量。

張澤，材料科學晶體結構專家，也是中國科學院院士、浙江大學材料科學與工程學院教授、浙江大學學術委員會咨詢委員會主任，長期從事電子顯微學研究，特別關注顯微結構與材料性能間關系研究的新方法與新儀器，近年來主要利用和發展現代電子顯微學原位、動態的分析方法，研究先進材料在高溫、復雜力學載荷等外場作用下的結構演變與性能間的關系。我們來到六月煙雨朦朧的富春江邊拜訪張澤院士，想一窺材料科學的底色，卻正如“一沙一世界”的顯微鏡一般，看到了張澤院士的“求是”精神與家國情懷，以及中國制造業的大局和未來，而這一切，要從幾十年前一張原子級別分辨率的準晶相說起。

圖：張澤院士丨來源：本人

從“看樹木”到“看整片森林”

二百多年以來，科學界在微觀層面對固體的分類只有兩種：晶體與非晶體。其中，晶體原子在三維空間中呈周期性排列，在 X 光衍射觀察下呈現出斷續、敏銳的圖像；非晶體則恰恰相反，排列無序，在 X 光下得出的是連續、彌散的圖像。而對于材料學科研究的起源和代表——金屬而言，凡是金屬通通都是晶體結構。

這一點在上世紀 80 年代被徹底顛覆了。從十九世紀的光學顯微鏡與傳統金相學起源，到二十世紀初相結構 X-射線衍射研究成為主流，歷史轉向了比光學顯微鏡空間分辨率更高的電子顯微鏡，其更短的波長使得當時的科學家們終于可以看見物質的原子團分布，以“親眼”驗證一直以來的“鐵律”。然而，他們卻很快發現事情沒有那么簡單。1982 年，丹尼爾·謝赫特曼在快速冷卻的鋁錳合金中發現了一種新形態的二十面體相分子結構，并在學界的重重質疑中于 1984 年在《物理評論快報》上發表，引發了軒然大波。這一發現推翻了晶體學長久以來的長程有序與空間周期性等價的基本概念，開辟了介于晶體與非晶體之間的準晶體領域，謝赫特曼也因此于 2011 年榮獲諾貝爾化學獎。

圖：丹尼爾·謝赫特曼發現具有十次對稱性的準晶體丨來源：諾貝爾獎官網

有意思的是，他曾先后發表了兩篇文章，“所有的實驗數據完全一樣，但解釋不同”，張澤院士解釋道，“前一篇是用納米晶去解釋數據的，價值不高，后一篇才提到了準晶體”，而啟發他的，恰恰是與該領域關系不大的一場理論物理學家的學術研討會。“學術的交流、跨界的啟發是非常重要的，這一重大發現的窗戶紙不是他自己捅的，而是隔行的人捅破的”，張澤院士如此說道。

回到國內。1984 年，張澤院士在他當時的導師郭可信院士的帶領下，獨立發現五次對稱性和 Ti-Ni 準晶相，一舉讓中國的準晶學研究躋身世界一流水平，與謝赫特曼一同發表準晶論文的第三作者、法國晶體學家格雷迪雅斯稱其發現的五次對稱鈦鎳準晶相為“China Phase”（中國相）。這一點在當年尤為難得，因為當時在海外已經有了對五次對稱的公認、明確的解釋，可以說“有了可以打破的傳統”，而國內連一張國際晶體學表都沒有。在這樣艱難的條件下，雖然引用了“準晶”這一名詞，但“我們當時的發現從起點、思路上都與謝赫特曼的研究屬于不同的研究體系”，張澤講述道。得益于郭可信院士早年的晶體學知識積累與對鐵三鎢三碳的深入研究，他始終相信金屬的顯微結構決定了它的屬性，所以當看到與其完全一樣的 X 光衍射圖出現在鈦鎳合金中時，他才敏銳地意識到了這一重大發現。

話說回來，這一切的一切，“如果沒有高分辨率透射電鏡都不可能實現”，張澤院士說道，而當年用于發現“中國相”的儀器，是郭可信院士不惜立下“軍令狀”才爭取來的 JEM-200CX 進口高分辨率電子顯微鏡，當時全國僅有 2 臺。談到這段往事，張澤院士笑著說道，“我的導師就是對新鮮玩意兒感興趣”，始終追求最時髦的東西。先前，郭院士離開瑞典皇家工程院院士團隊，就是因為無法認同用光學“放大鏡”去數合金斷面氣孔這種研究方法，轉而投身 X 光衍射。而當高分辨率電子顯微鏡發展起來后，他也毫不猶豫地沖在了最前線，才能從 X 光衍射的“看樹木”，升級到電鏡的“看整片森林”。“在科學上，保持前沿探索的價值觀非常重要”，張澤說道。