“除了脑袋之外，科学的饭碗就是科学仪器，我们的饭碗必须端在自己手里。”站在一尘不染的实验室里，面对着一台台插满了管线、颇具硬核科幻感的高端电子显微镜以及忙碌的年轻科学家们，我们眼前的场景分明为张泽院士这句朴素的话增添了分量。
张泽，材料科学晶体结构专家，也是中国科学院院士、浙江大学材料科学与工程学院教授、浙江大学学术委员会咨询委员会主任，长期从事电子显微学研究，特别关注显微结构与材料性能间关系研究的新方法与新仪器，近年来主要利用和发展现代电子显微学原位、动态的分析方法，研究先进材料在高温、复杂力学载荷等外场作用下的结构演变与性能间的关系。我们来到六月烟雨朦胧的富春江边拜访张泽院士，想一窥材料科学的底色，却正如“一沙一世界”的显微镜一般，看到了张泽院士的“求是”精神与家国情怀，以及中国制造业的大局和未来，而这一切，要从几十年前一张原子级别分辨率的准晶相说起。
图：张泽院士丨来源：本人
从“看树木”到“看整片森林”
二百多年以来，科学界在微观层面对固体的分类只有两种：晶体与非晶体。其中，晶体原子在三维空间中呈周期性排列，在 X 光衍射观察下呈现出断续、敏锐的图像；非晶体则恰恰相反，排列无序，在 X 光下得出的是连续、弥散的图像。而对于材料学科研究的起源和代表——金属而言，凡是金属通通都是晶体结构。
这一点在上世纪 80 年代被彻底颠覆了。从十九世纪的光学显微镜与传统金相学起源，到二十世纪初相结构 X-射线衍射研究成为主流，历史转向了比光学显微镜空间分辨率更高的电子显微镜，其更短的波长使得当时的科学家们终于可以看见物质的原子团分布，以“亲眼”验证一直以来的“铁律”。然而，他们却很快发现事情没有那么简单。1982 年，丹尼尔·谢赫特曼在快速冷却的铝锰合金中发现了一种新形态的二十面体相分子结构，并在学界的重重质疑中于 1984 年在《物理评论快报》上发表，引发了轩然大波。这一发现推翻了晶体学长久以来的长程有序与空间周期性等价的基本概念，开辟了介于晶体与非晶体之间的准晶体领域，谢赫特曼也因此于 2011 年荣获诺贝尔化学奖。
图：丹尼尔·谢赫特曼发现具有十次对称性的准晶体丨来源：诺贝尔奖官网
有意思的是，他曾先后发表了两篇文章，“所有的实验数据完全一样，但解释不同”，张泽院士解释道，“前一篇是用纳米晶去解释数据的，价值不高，后一篇才提到了准晶体”，而启发他的，恰恰是与该领域关系不大的一场理论物理学家的学术研讨会。“学术的交流、跨界的启发是非常重要的，这一重大发现的窗户纸不是他自己捅的，而是隔行的人捅破的”，张泽院士如此说道。
回到国内。1984 年，张泽院士在他当时的导师郭可信院士的带领下，独立发现五次对称性和 Ti-Ni 准晶相，一举让中国的准晶学研究跻身世界一流水平，与谢赫特曼一同发表准晶论文的第三作者、法国晶体学家格雷迪雅斯称其发现的五次对称钛镍准晶相为“China Phase”（中国相）。这一点在当年尤为难得，因为当时在海外已经有了对五次对称的公认、明确的解释，可以说“有了可以打破的传统”，而国内连一张国际晶体学表都没有。在这样艰难的条件下，虽然引用了“准晶”这一名词，但“我们当时的发现从起点、思路上都与谢赫特曼的研究属于不同的研究体系”，张泽讲述道。得益于郭可信院士早年的晶体学知识积累与对铁三钨三碳的深入研究，他始终相信金属的显微结构决定了它的属性，所以当看到与其完全一样的 X 光衍射图出现在钛镍合金中时，他才敏锐地意识到了这一重大发现。
话说回来，这一切的一切，“如果没有高分辨率透射电镜都不可能实现”，张泽院士说道，而当年用于发现“中国相”的仪器，是郭可信院士不惜立下“军令状”才争取来的 JEM-200CX 进口高分辨率电子显微镜，当时全国仅有 2 台。谈到这段往事，张泽院士笑着说道，“我的导师就是对新鲜玩意儿感兴趣”，始终追求最时髦的东西。先前，郭院士离开瑞典皇家工程院院士团队，就是因为无法认同用光学“放大镜”去数合金断面气孔这种研究方法，转而投身 X 光衍射。而当高分辨率电子显微镜发展起来后，他也毫不犹豫地冲在了最前线，才能从 X 光衍射的“看树木”，升级到电镜的“看整片森林”。“在科学上，保持前沿探索的价值观非常重要”，张泽说道。
