“向南军团”：穿越创新“无人区”
“向南军团”：穿越创新“无人区”
好消息如期而至。近日，由国家纳米科学中心研究员孙向南团队牵头，多家高校和研究机构联合申请的科技部重点专项获批立项。
“我也是刚接到获批的通知。”电话中，孙向南语气透着水到渠成的笃定，“实际上，我自始至终并未太担心申请结果，团队成长壮大是我们争取这个重点专项的底气。”
从连续数年没有论文、没有“帽子”（人才称号）、没有实验设备，在有机自旋电子学研究领域“孤军奋战”。到9年后得到小同行的充分认可，带领团队报道了有机自旋电子学领域自旋寿命、输运距离等关键参数的全球最好记录并牵头承担1500万元的重点专项。孙向南已带领团队穿过有机自旋电子学研究的创新“无人区”。
孙向南（中）指导学生做实验。受访者供图
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有机自旋电子学：改变未来的信息技术
今天，信息技术的“摩天大楼”高耸入云，但其发展的基石仍是电子电荷研究及依此发展起来的晶体管器件。随着晶体管器件集成度逐步提高，其发展也趋近“摩尔定律的极限”：一方面芯片尺寸上已接近物理极限，另一方面集成电路散热问题也愈发突出。
“自旋电子不产生热，纯自旋器件没有散热问题。因此，利用电子自旋构建新器件被认为是突破摩尔定律极限、实现更快运算的有效途径。”孙向南说，“而且，自旋是个量子概念，它对未来量子计算应用领域潜力巨大。”
自旋电子学按其材料性质可分为无机自旋电子学和有机自旋电子学。其中，无机材料较易实现信息的输运和运算，但其缺陷是需要在极低温条件下才能工作。比如，目前的量子计算机要在极低温条件下运行。
与之对应，有机材料可以在室温下实现信息输运，但其发展瓶颈是自旋运算处理极其困难。正因如此，主流自旋电子学研究都集中在无机材料领域。
“室温下工作让有机电子自旋在应用上优势明显，如果能在自旋运算方面取得关键性突破，一定会展现很好的应用前景。”孙向南补充说，“但因有机自旋运算研究非常困难，国内这一领域基本上是‘无人区’，国际上也尚未取得大的突破。”
年轻气盛，他选择“干票大的”
2016年初，孙向南在西班牙CIC Nanogune研究中心完成5年博士后研究，打算回国加入国家纳米科学中心（以下简称纳米中心）。
刚到纳米中心，时任纳米系统与多级次制造重点实验室主任唐智勇研究员建议他“不要做和导师相同的研究”。因为在导师的方向进行研究，有可能很长一段时间都处于跟踪状态。
这一建议和孙向南的想法不谋而合。
“当时年轻气盛，想着反正无机自旋和有机自旋研究都面临挑战，不如干脆挑战个新方向。”孙向南说“而且，有机自旋研究也是我的兴趣所在。”
博士后研究阶段，孙向南主要从事无机自旋研究。他曾对西班牙CIC Nanogune研究中心的实验设备进行过优化，并尝试用有机分子“做了些东西”。再加上笃信有机自旋有更广阔的应用前景，他决定回国后“干票大的”——组建自己的团队进行有机自旋电子材料和器件研究。
自旋电子学研究高度依赖装备，CIC Nanogune研究中心那套研究无机自旋的仪器大概需要7000万美元。当孙向南开始组建团队时，忽然发现难题不只是没有设备，而是根本就买不到设备。
“因为这个东西太新了，该领域根本就没有现成的设备。”孙向南解释说。
所幸，纳米中心为新加入的研究人员提供了宽松的环境：前3年不必考核。
“入职很长时间，我基本上没有‘产出’。”孙向南回忆说，“我们实验室三任主任都给了我足够支持和耐心，如果换个地方，可能早就‘挂了’。”
除了不以文章论英雄，让孙向南感激的还有纳米中心魏志祥研究员等前辈的支持。第一年，孙向南获得纳米中心80万元的支持。很快，纳米中心科技处又协助他争取到中国 科学院 仪器研制项目资助。此外，实验室很多前辈还将他“塞”进自己的项目组内。这让孙向南在没有任何“帽子”的情况下，拿到近400万元的研究经费。
在此基础上，孙向南团队和仪器制造厂商合作，历时近3年，以合作研发的方式完成了急需设备的研制。