趙萌：走一條從物理愛好者到青年科學家的路

“剛知道獲獎的時候，其實不是特別‘興奮’，反倒有種復雜感受。一方面，青年科學家這個稱呼讓我反問自己：我夠格嗎？這是我小時候向往的‘科學家’嗎？另一方面，我也認真回顧了自己的這幾年，確實是出于熱愛在做科研，也確實希望這些工作對國家有價值”。

作為2024中國電子學會科學技術獎青年科學家獎獲得者，趙萌給人的第一印象是冷靜和有條理。她話不多，但每句話都圍繞問題核心，像她的科研一樣精準。

作為大會主席主持國際學術會議

物理—天體物理—微納傳感器

“愛琢磨”，這是趙萌從小保持至今的“習慣”。

“小時候我用鉛筆、縫紉機的線軸、橡皮筋之類的做小車，發現它要么就一直不動，如果動了就一直在輕微地動，我就感覺這里面好像有某種規律。后來小學上自然課，老師讓測一個不規則石塊的體積，我就琢磨著把燒杯倒滿水，石塊兒放進去，溢出來的水測一下不就行了？”，雖然解決方案不是最完美的，但趙萌在后來學到的牛頓、阿基米德的定律中驗證了自己的想法，“學那些知識的時候瞬間覺得對上了，跟科學家的想法‘接通’了，就會比較有成就感，覺得那我也應該可以研究科學”。

成就感激發了趙萌對物理的興趣，物理也成為了她看世界的方式。

在國家天文臺與導師汪景琇院士合影

物理，這樣一個可能在有些人看來有些艱深、枯燥的領域，對趙萌來說卻充滿了魅力。“我當時很堅定大學就要學物理”，1999年，作為專業第一名，趙萌順利考入南開大學的物理系，并在隨后的研究生階段選擇了天體物理方向進行深造，“有一次跟學校的天文社去北京懷柔的天文臺參加活動，覺得挺好，天體物理的宇宙哲學意味和物理本質吸引了我，碩博連讀就申請了天體物理專業，跟隨汪景琇院士學習”。而在結束博士階段的學習，在國外做研究員工作階段，她又將目光轉向了微納傳感器的研究。

從稀土的能級躍遷，到太陽黑子耀斑的磁場奧秘，再到微納傳感器領域，趙萌的每一次“轉型”看似跨度很大，但方向一直被她牢牢掌握在自己手里，“其實大框架都是物理，只不過有的是宏觀有的是微觀，都是基礎性理論性的研究，我自己并沒有覺得跨越太大”。

從“試一試”做到“唯一團隊”

慣導，是慣性導航的簡稱，這是一種不依賴于外部信息、也不向外部輻射能量的自主式導航系統。

“與我們熟知的北斗等衛星導航不同，慣導系統不靠信號，它更像一個人被蒙住眼睛坐車出發，如果他足夠敏銳，能通過‘推背感’和‘拐彎的拉扯感’，用專業詞匯來說就是加速度和角速度，自己算出去了哪里。它的優勢就在于：完全自主、不怕干擾、實時響應，是關鍵場景下非常重要的備份甚至主力方案”，慣性傳感器是系統用以測量物體加速度、角速度的核心元件，它能讓設備在沒有外部信號的情況下判斷自己的運動狀態。

在早稻田大學與植田教授（石英傳感器之父）合影

進入微納傳感器研究領域，源于趙萌的一次“嘗試”。

“當時因為生活變動去了國外，暫時處于休息期，也沒有明確的研究任務。正好實驗室的核心方向是研究各類石英微納傳感器件，我接觸后發現他們在晶體蝕刻這個部分長期存在建模難題和開發困境。我那陣子狀態比較放松，就琢磨了一下問題的本質，提出了一個新的仿真方法，后面驗證效果很好，也由此逐漸進入這個方向，獲得了研究員的教職身份”，看似與天體物理完全不同的器件物理，對趙萌來說依舊是在自己的“舒適圈”范圍內，“本質上，我還是在做自己熟悉的事：從結構、原理、仿真之間去找閉環，底層的物理和數學思維是一致的”。

2016年，機緣巧合，時任西電校長的中國科學院院士鄭曉靜了解到趙萌的已有研究工作有望填補國家在微慣導領域的理論空白，提升微慣導器件的自主研發水平，因此動員趙萌回國發展，并把她作為海外優秀人才引進到了西電。在鄭院士的引領下，趙萌看到了國家在石英微慣導器件領域的迫切需要，“我的技術剛好能適應國家需求”，她便一門心思扎在這個領域，一做便是近10年。

看似跨界的選擇其實是物理與數學思維的自然延伸。10余年的時間里，趙萌從最初的“試一試”，做到了國內在自主晶體蝕刻仿真理論支撐下的高精度微慣導器件開發方向的唯一團隊。

技術創新填補國內空白

隨著科學技術的發展和使用場景的變化，慣導系統的小型化、高精度、極端環境下的適應性成為亟待攻克的難題，“小型化意味著它可以裝進更小的設備里，比如無人機、穿戴設備；高精度決定了導航的準確性；能適應極端環境，才能用于航天、深海等關鍵場景，所以這三個指標決定了它能不能‘真上場’”，要解決這些問題，首要的便是提升系統中慣導器件的性能和穩定性。

石英微納器件大多使用人造的、純度更高的石英材料經過蝕刻加工而成，“蝕刻就是把石英材料放到特定的溶液里，按照一定的模板去溶解，最終達到我們想要的一個形狀”。

其中的難點恰恰就在于如何能夠“穩定輸出”得到與預期相符的形狀。

石英晶體的微觀結構決定了它如鉆石切割般的宏觀結構，它所具有的各向異性影響著各個面受到溶液溶解的速度，常用的生產過程大部分依靠經驗或多次嘗試去找合適的加工參數，但耗時耗力、成本高，且并不穩定。而舊有的仿真軟件又無法解決蝕刻過程中各向異性強、形貌變化復雜的問題。

“石英材料具有的規律的原子點陣結構決定了它的蝕刻屬性，有的面溶解快，有的面溶解慢，而所有面都是有規律的，如果把這個規律找出來，就能進行精準預測”，從最基本的物理和數學規律出發，趙萌首創提出幾何仿真技術，開發出石英微慣導器件芯片工藝專用平臺，集成原子法、幾何法和深度學習模型模擬和優化石英加速度計和陀螺儀等器件的制造過程，通過精確捕捉并描述蝕刻過程中的關鍵變量，預測蝕刻步驟對材料性能的影響，設計交互式的工藝參數修改方式進而迭代至最佳設計方案，打通了設計和制造之間的閉環，已直接用于器件開發的工藝優化過程。

在自主晶體蝕刻仿真理論的支撐下，趙萌團隊研制出的加速度計、陀螺儀、溫度計等微慣導器件核心指標，從落后國外一個數量級到重點項目結題時相關成果經評審認定達到國際先進水平，填補了國家在這一卡脖子領域的空白。

從“理論能做”到“真的做出來”，“要說過程中有什么困難，一塊一塊分解了啃，已經克服了的就不算是困難了，真正困難的可能是現在還未能攻克的部分”，趙萌平淡地談起這些年的體會，但十幾年的堅持豈是真的沒有“困難”。

一位愛與AI深聊的老師

趙萌也會把AI作為交流工具，用于科研思路發散和自我反思，但她笑說這只是工具，科研的推進仍靠扎實的思考和實驗。

“沒什么事兒的時候就會想要學一個新的學科，也不是學得多么深入，就從我自己比較習慣的‘整體把握’先開始，逐步了解”，在趙萌看來，AI的作用當然不僅僅是一個搜索引擎，但也并不是“權威”，“它更像是一個給我啟發和思路的伙伴，主動權和討論主線還是要牢牢掌握在自己這里”。

不僅自己愛與AI聊天，趙萌還想讓學生們也學會如何更好地與AI對話。

“我想要調動學生的自主性，這對他們掌握新知識是有好處的”，利用AI，讓學生自主去探索尋找答案，這個過程看似簡單，卻需要培養學生如何提問、如何進一步探尋、如何辨別真偽等能力，“有的學生問一兩個問題就停下或者被帶偏了，有的問完之后不知道AI回答的對不對，這些都是在智能時代需要引導學生掌握的新技能”。

帶領學生參加國際學術會議

在探索中找到自己的興趣，并沿著它做下去，這是趙萌走過的路，行之有效，她也想讓學生們嘗試這樣一種可能。“AI有時候是發散的，所以能在它給的回答中受到一些啟發，并在其中找到自己的興趣點，這就很好”，趙萌喜歡與學生就他們的興趣點進行探討，這種不是“接受”式的知識獲取方式能夠幫助學生調動內生動力，“敢質疑、能創新，這是我覺得我們的學生應該具備的能力”。

“重生之我在西電讀研究生”，這是趙萌給團隊學生設計的AI課題，“這也是我激發學生主動性的一種方式”。

自身特質、MBTI、研究方向、導師風格等等輔助標簽都可以加到問題中，向AI提問“假如我重生n次讀研究生，我會怎樣更好地度過研究生生涯”，“比如有的學生已清楚自己性格內向或者細節把握不到位，那他經過很多次的‘重生’之后，AI會給他一個比較穩定、靠譜的、能夠按照學生意愿順利度過研究生階段的‘劇本’，對比現在的狀況提出哪些地方容易疏漏”，這種有趣且從未嘗試過的形式受到學生喜愛，并有更多的學生在好奇心的驅使下開始提問。

對于想要“躺平”的學生，這種“重生”的設定可以幫助他們找到一個更“舒服”的“姿勢”，“有的學生為了過得輕松一些，他會發現他就得找哪個課題容易做、怎么學能夠快速掌握知識、怎么能盡快把項目做好，看起來是要‘躺’的，但是在這個過程中他還是得主動去查文獻、研究資料、做科研，到最后反倒‘躺’不平了”。

要弄清楚“什么是科研”

2023年，趙萌應邀赴蘭州大學為土木工程與力學學院的師生作了一場題為《當我們做科研的時候我們是在做什么》的報告。這是一場圍繞科研的認識論的探討，關于怎么看世界、怎么提問題。

在蘭州大學作報告

什么是科研？

在趙萌看來，她讀書的時候未能完全知曉答案，在畢業后更為漫長的科研生涯里，趙萌一直在思考到底什么是科研。而現在，她的學生也陷入同樣的迷茫。

“有一次組會，趙老師給我們設置了一個情境。在一座百余年的城堡里，大家發現窗戶的每塊玻璃都是下面厚上面薄，所有人就開始探索‘為什么會這樣’，天馬行空的開始猜，猜對了才會得到更多的線索”，謝雨倩同學加入趙萌團隊攻讀碩士研究生剛滿一年，這樣的形式對她而言十分新奇，老師通過“游戲”的方式讓學生了解“什么是科研”。

趙萌解釋說：“這一套‘游戲’結束后我會告訴大家，開頭設定的情境是現象，亂猜的那部分是假設，選擇用哪種辦法來解釋現象是建模選擇，向我詢問、我給出線索類似文獻調研，還有一些地方相當于用軟件仿真、實驗驗證，這些恰恰都是我們在做科研過程中都會遇到的問題和會用到的方法。”

從加入應用力學研究中心負責電子器件力學方向的開拓，再到加入新成立的信息力學與感知工程學院，趙萌常常思考力學、物理學、數學、工程的本質和邊界問題。“我時常思考鄭院士所說的‘力學要做出讓電子信息行業認可的成果’，還有蘭大力學團隊攻克華為揭榜掛帥問題的例子，一開始有點疑惑，覺得這里面其實是數學或者說是算法問題，很困惑。但后來想通了，雖然‘從現象到物理模型、再到數學模型和計算再到落地實現’是通用的研究流程，但力學是唯一長期全職系統做這件事的學科。數學關注形式嚴密，物理關注解釋規律，工程要結果，力學幾百年長期就在這些過程之間打通取舍平衡。我似乎更明白為什么力學在卡脖子問題上能頂上去。”

趙萌開始更加深入地思考力學以及交叉學科人才培養和科研開展，“我現在做研究生培養，更看重三件事，他為什么動、怎么動、怎么協作，分別對應的就是動機、方法、結構意識。動機往往是探索沖動和融入國家愿景的使命感，方法是具體的科研方法和技能，結構意識是群體能夠協作完成重大任務的前提。我們現在倡導的‘結構型任務素養’訓練，其實就是把這些能力變成可以落地培養的東西”。

“科研一方面是看世界理解世界，是每個人探索未知的原始沖動，另一方面是參與世界，是我們這一代將自己的事業融入國家發展的通道，承擔起國家與民族的復興、駛向星辰大海的使命與任務”，如今，趙萌對“什么是科研”有了自己更深的體悟，“科研不能只是找個現成的研究模仿、加創新點、發論文拿畢業證，而是有興趣、有能力、會協作，把情懷愿景的系統任務落地推進下去”。

與導學班本科生畢業合影

趙萌對于科研的認知也潛移默化地影響了她的學生們。正在讀博二的徐梓博同學說：“科研不只是發發論文，而是要去做別人沒有做過的東西，當然，也不能僅僅因為別人沒做過去做，必須是這個東西是真正有用的、能夠解決一些實際問題的。”

把“團隊氣氛輕松活潑”寫到個人主頁里

“我是因為看到趙老師的個人主頁里寫了‘團隊氣氛輕松活潑’，再加上跟我本科專業相關，就申請了”，謝雨倩同學笑著坦言，進入團隊后發現老師“所言非虛”，“團隊氛圍特別好，組會不是給老師交差，大家都是互相提意見，相互促進、共同進步，讓我提升特別快，而且老師很尊重我們每個人的興趣和意愿，的確是因材施教”。

趙萌指導團隊學生

徐梓博同學也是被團隊氛圍吸引，“趙老師的團隊跟我讀研時候的不太一樣，跟我本科或者研究生同學們后來所在的團隊也不一樣”，至于是哪里不同，他也很難清楚地羅列，“就是覺得這個狀態是我覺得特別理想的，而且通過組會、和老師溝通，我變得愛思考、有邏輯，這些也對我的生活產生影響，生活中遇到很多事兒也能靜下來思考，就不會覺得有些事兒很亂或者是很糟心”。

趙萌從未聽過學生們這樣的反饋，直言是“意外收獲”。

教學、科研、帶學生、外出交流學習……趙萌樂此不疲，“腦子就沒停下來過，感覺一直在想事情，但這份事業我做的比較開心，我愿意去想”。

從物理的愛好者到青年科學家獎的獲得者，這條路趙萌走了30多年，心懷熱愛、探索不止，從未停歇，也從未錯過對路邊風景的欣賞，“這個獎對我來說更像一個‘外部錨點’，給了我一種確定性和安全感——說明我做的事有被看見、有意義。這讓我可以更安心地、自由地去繼續推進，那些可能更長期、更冷門但對科學、對人類、對國家都更值得做的工作和方向”。

記者 / 王 格

排版 / 李伊祁（融光工作室）

編輯 / 王冠玉

責編 / 王 格

出品 / 黨委宣傳部（融媒體中心）