李炜 向光而行

王碧清

2023年11月15日，全球专业信息与分析服务机构科睿唯安发布2023年度全球“高被引科学家”名单。全国青联委员、中国科学院长春光学精密机械与物理研究所（简称“长春光机所”）研究员李炜以其所研究领域的贡献与产生的学术影响力入选其列。在更早些的2022年，他已入选《麻省理工科技评论》亚太地区“35岁以下科技创新35人”名单。

自2011年起，李炜赴美留学，开始光学领域的探索与研究。2020年底，他回到祖国，建立实验团队，深耕光子学与热科学交叉领域，不断带领团队在光子学特性调控、规模化制备及应用、热力学理论等领域取得创新突破。同时，他还担负起建设吉林省国际科技合作重点实验室——微纳光子学与材料国际实验室的重任，推动实验室向更高学术水平发展。

2023年11月18日上午，“中国青年科技工作者日”全国活动月·吉林站暨中国青年科学家助力吉林创新发展论坛在长春光机所召开。李炜作为青年科技工作者代表进行了主旨演讲。采访时，李炜表示：“很有幸，作为青联委员参与其中。我们国家要实现高水平科技自立自强，基础研究高质量发展是必由之路。正是通过这样一系列活动，可以激发更多青年投身科学研究领域，这对我们国家长期的科技创新发展非常重要。当下国家非常重视基础科研的发展，虽然我还没有达到前辈科学家们的高度，但也是深受老一辈科学家的激励和影响，投入到科研事业。大家通过多方面、多维度的分享，让青年对科研产生兴趣，让青年科技工作者能够立志在科研这条道路上走得更远，很有意义。”

1989年，李炜出生于西安，后就读于西安高新第一中学。入读重点高中重点班、曾获得多项数理化竞赛荣誉的他否认了“别人家孩子”的说法，坦言“身边的同学都很优秀”。

在中学阶段，李炜尚未设想将来从事何种行业，甚至对科研也没有明确的感知。不过，那时的他的确对自然科学更有兴趣，他总能从科普读物中感受新奇与快乐。

原本学业一帆风顺的李炜，在高考前的保送生考试中遭遇坎坷。因极小的分差，他与目标高校失之交臂。其后，他考入读哈尔滨工业大学英才学院工程热物理专业。

初入大学校门，李炜一度情绪低落。随着课堂上新知识的学习，与师长、同学的交流，他渐渐找到“吾心归处”。感受到大学生活的辽阔与丰厚，他不禁慨叹大学时间的宝贵，身边和远方有许多美好的事物可以探索学习，“绝不能一直消沉下去”。

李炜由自身专业出发，开始对太阳能的利用、红外光学的细分领域产生钻研的热情。大三时，他主动申请进入学校的实验室，进行热辐射领域的相关研究学习。

2011年，尽管是非光学专业学生，但凭借本科阶段对于热辐射领域的实验基础和毕业论文研究，李炜获得进入美国范德堡大学实验室的机会。初来乍到、远赴彼岸，李炜无暇欣赏校园的风景，很快就感受到实验室成员的“同辈压力”——实验组成员无一例外都是光学背景，基础知识扎实。

在每次導师组会后，李炜投入更大精力，加速弥补过往未曾学过的光学课程。度过最初一年的痛苦适应期，他的光学理论知识进步飞速，在课题进展、阅读文献方面，他渐渐找到自己的节奏，并确定了课题方向。

通过前期课题研究的不断积累，李炜想要将研究制备一种集成圆偏振光探测设备作为自己的博士研究课题之一。当他与导师沟通这一设想后，得到导师的认同与鼓励。“传统的光探测设备只能探测光的强度，而光本身携带大量的信息，从物理学角度来说，它是一个电磁波，包含强度、偏振、光谱、方向，甚至动量信息等，但当时还没有集成圆偏振光探测器的研究。”李炜回忆。

攻克一个新课题，从来不乏困难和挫折。研究制备这个新的探测仪器期间，李炜常常面临实验步骤的调整，甚至需要将整个制备流程推翻重来。在一个“镀银”的步骤中，他用尽各种办法尝试了约一年，仍然没有达到理想效果。不过，即使挫败感再强，他也没有放弃尝试。“当时自己心中有一个目标，我坚信这个课题是重要且有价值的，至少是值得尝试的。当我希望把这个设备制作出来的时候，中间遇到各类的挫折或失败，都是可以承受的。”

一次又一次的实验，一次又一次未能达成目标，李炜暂时放下实验台前的难题，在校园里跑步，让自己的大脑暂时得以休息。眼前的绿意不断驱散心中的阴霾，在一呼一吸间，他坚持着，感受着心跳加速，逼近着自己身体的极限。当突破又一瞬间的疲惫，整个人的步伐随之变得轻盈，他感受到，自己的体力与状态在不断变好。

“每当跑步或者踢足球之后，我又能重新去思考实验台前的难题。”李炜继续查阅论文、与其他学校的课题组交流，不断寻找灵感和解决问题的办法。最终，他找到了新的技术路径，渡过了又一个难关。“后来回想，遇到一个困难后，迈过去，就会感觉自己又上了新的台阶，再遇到类似的问题和困难，心里就会更有自信，觉得自己可以把这些问题解决。”

2015年，李炜以第一作者身份，在《自然通讯》发表成果《基于手性等离激元超表面热电子的圆偏振光探测》（“Circularly Polarized Light Detection with Hot Electrons in Chiral Plasmonic Metamaterials”）。他制备出世界上首个集成的圆偏振光探测器。相比于传统的光探测器只能探测光的强度，该项新发明可以感知光的偏振，尤其光的圆偏振，并且能够区分左旋光和右旋光。直到现在，许多最新的、高水准的相关研究仍以此论文作为重要参考文献之一。

在深入研究光承载信息这一领域后，李炜步履不停，开始了光学领域的另一研究——光能量，至此开启了他的博士后研究生涯。

2016年，李炜收到斯坦福大学范汕洄教授发来的博士后工作邀请，他兴奋地立即应允。“范教授是光子学领域非常知名的学者，也是我的偶像。在进入斯坦福大学实验室之前，我与很多光子学领域的知名学者交流过，大家都公认他是一位天才，就如一位澳大利亚科学院院士曾评价，‘当范教授每研究一个领域时，总能给这个领域带来新知，引领出新的领域’。”

沿着自己感兴趣的领域，通过研究探索获得新知，同样是李炜的科研激情所在。在跟随范汕洄教授开展研究期间，他开启热光子领域的研究，并探索热光子领域的新应用。

博士后期间，李炜认为自己最大的收获在于对研究内容本质的理解不断深入，同时可以明显感觉到，无论是自己的导师，还是身边的课题组成员，大家都靠着自己强烈的主观能动性，以及对所研究课题的兴趣与热情，孜孜不倦地探索着。“自律性强、做事高效，快速切入科研问题的本质”，李炜说，这依然是自己当下不断努力的方向。

一直以来，全球变暖始终是各界关注的现象之一，早在2014年，范汕洄教授提出利用基于太空的日间辐射制冷技术，通过在物体表面设计制作辐射制冷膜，以达到制冷作用，并首次实现了无需额外能耗的日间辐射制冷技术。2018年，李炜在此基础上，通过多层纳米光学结构来调控热辐射，结合可见光同色异谱调控技术，首次实现在保持相同颜色外观的情况下，制备出约45摄氏度温差的制冷和保温薄膜。

“太空本身的确是一个低温物体，距离我们很远，正常情况下，我们无法触摸到，也无法使用它的低温特性，但刚好我们可以通过光子或热辐射的形式，实现太空与地球表面能量的交互，即把太空作为一个‘冷源’去使用。”李炜介绍，这项技术应用前景广阔，在未来可应用于服装、汽车、建筑等领域，实现非额外能耗的节能。

“无论是我们尽最大可能提取光的多维度信息，还是通过有效传输、收集、转换，利用光的能量，本质上都是对光子的调控和应用。”李炜说道。

“一代人有一代人的长征，一代人有一代人的担当。”李炜回忆，在自己完成博士后研究项目那段时间并计划回国的时候，他已经明显感觉到祖国科技创新发展环境的积极变化，尤其对基础科研的重视程度不断提高。这对李炜而言，是鼓舞，是激励，更让他深感责任在肩，尽快踏上归程。

2020年底，李炜加入中国科学院长春光机所。长春光机所始建于1952年，是新中国在光学领域建立的第一个研究所。建所后，在王大珩院士、徐叙瑢院士等科学家的带领下，研制出我国第一台红宝石激光器、第一台大型电影经纬仪，创造了多项“中国第一”，培育涌现的优秀人才为我国国防建设、经济发展和社会进步作出了突出贡献，被誉为“中国光学的摇篮”。

“在光学领域很重磅的奖项之一就是‘王大珩光学奖’，大珩先生实现多个‘第一’的过程中，遇到了很多困难，一路走来非常艰辛，那时候的条件可以说是从零开始。也正是大珩先生‘尽瘁报国、博大精专、求实创新、虚怀若谷’的精神，一直激励着我们所里的科研人员，以及光学领域的研究者，秉先生之志，脚踏实地，创新进取。”

沿着前辈奋进的足迹，伴随以科技创新为核心的“产学研并举”发展理念，李炜带着对基础科研的初心与热忱，在长春光机所大力支持下，带领实验室团队步入发展快车道。他感慨：“能够回到祖国，建立起研究团队并做出成果，是很有意义的事。而长春光机所正是干事创业的热土，这些年来，所里给予我方方面面甚至超过预期的支持。”

李炜所在的长春光机所微纳光子学与材料国际实验室作为吉林省国际科技合作重点实验室，自2016年成立以来，承担起多个创新科研项目，搭建起多维度红外热光子表征、多维度光信息调控与表征、精密微纳加工等先进科研平台。其中，与国际顶尖学术机构建立长期友好合作是实验室的重要特色之一。

担负起实验室发展职责后，李炜积极开拓与国际知名院校、科研机构之间的交流，已引进多名高水平科研人员加入实验室平台，同时聘请世界知名学者担任实验室客座教授，还推动与美国、澳大利亚、法国、日本、新加坡、韩国等国的顶尖高校研究机构的学术交流与合作。他的目标是在充分建立起国际学术合作平台基础上，汇聚顶尖人才，创建具有一流课题组的国际实验室。

目前，实验室内汇聚世界各地的科研学者作为全职人员，外籍科研人员约达五分之一。作为实验室负责人，李炜在不断推进科研工作的同时，始终在思考如何将不同国籍、不同学术背景、不同研究方向的科研人员优势互补、形成合力，持续产出高水平的科研成果，目前也已取得多项重要成果。

近年来，随着学界对热辐射这一物理现象的深入研究，取得了在调控热辐射的方向、角度、偏振、光谱等性质的重要突破。而这其中，研究非对称光子学微纳结构的物理机制成为李炜团队的方向之一。2022年，李炜带领实验室团队与斯坦福大学范汕洄教授团队合作，从“对称性破缺”角度，综述了基于微纳光学结构的近场和远场热辐射调控的物理机制和最新进展，并展望了该方向的未来发展。目前，实验室团队已经在该方向有了多项研究突破。

2023年8月，李炜带领实验室团队与南京微结构科学技术高级研究中心等建立合作，共同研发出一种智能热控双层膜，可实现全自动和温度适应性的辐射制冷和太阳能加热。这项研究为设计零能耗的温度自适应设备开辟了新路径，并提供实现可持续能源的创新方式，该项成果刊登于《科学通报（英文版）》中。

带领团队取得一项项重要成果的同时，同为博士生导师的李炜希望实验室里培养出更多杰出青年科技人才，“我们在倾力培养的同时，也要保持耐心，从博士生逐步成长为科研工作者，需要一个过程”。

无论是对于学生还是青年科技工作者而言，李炜认为，发现问题、解决问题的能力，以及表达能力都很重要，而起点来自于好奇心。“比如大家在看到同一件事，或面对同一个实验结果、同一篇文献时，总有人可以看到或想到不一样的角度，这很关键。好奇心的驱使可以让人更主动去思考、更往前一步，去想得更加深入、更加丰富。科研是一个长期的过程，每一天、每一个细微的点逐渐累积之后，才会形成长期的、巨大的差别。”

李炜希望培养出来的学生在博士毕业后，成为具备独立科研能力的人，能够在一个领域具备快速总结、发现新问题的能力，并能够提出设想，形成完整的验证。令李炜骄傲的是，实验室团队短短几年时间培养出来的博士生已经连续两年获得王大珩光学奖学生奖。

君子有三乐，深爱科研的李炜也有许多值得铭记的开心时刻：当一项实验从最初的设想，通过一次次实验，得到验证的那一瞬间；当与学界“大咖”、同行、不同课题组、学生交流，對于一个物理机制的理解获得新的认知；当有学生主动找到李炜，提出一个新思路新方法；当有新的灵感或想法在脑海中闪烁，不论是在睡觉前，还是早上醒来的瞬间，他立即将那些看似天马行空的想法记在手机里……

科研是李炜心之所向，他将心中的热望与期待播撒在吉林长春这片沃土。光的信息承载，光的能量传输、收集、转换，以及激光与物质相互作用，这些研究方向，都令李炜着迷。“我们看到的光中的每一个点，其实都包含了一个数据矩阵。在未来，我们通过对光的研究，可以捕获到更多信息，在万物互联、自动驾驶、机器视觉等方向上，都可以有进一步的结合，获取更多维度的信息；也可以制备出更高效的光的能量的应用装置，结合高算力，实现更多场景的应用。将光学应用发展到一个新高度，充满着想象，也需要我们不断探索、继续奔跑。”

责任编辑 赵汉琪