发起磁电子学概念，物理学新发现的喜悦是最强的动力！3354采访郭瑞年

本文由台湾省台湾欧莱雅为庆祝“台湾省杰出女科学家奖”15周年而策划，泛科学策划执行。

2015年台湾省杰出女科学家奖第八届优秀奖获得者

郭瑞年目前在清华大学物理系任教。她被誉为台湾省凝聚态物理权威，台湾省半导体材料研发先驱。她致力于开发具有新的高介电值的介电材料，并成功开发了替代传统硅基半导体的电子技术。台大物理系毕业后，她去了斯坦福大学应用物理系读硕士。之后，她在世界著名的贝尔实验室工作了22年，直到2003年回到台湾任教。“我准备了一个PowerPoint演示文稿，让你对物理学有一个很好的理解。在开始采访之前，我就已经感受到了郭瑞年对物理如夏日阳光般的热情。在这一页页的简报和对话中，以她40年的科研和物理知识为经纬，交织着这位科学家一路走来的求知和求真的奇妙旅程。

郭瑞年对物理的热情溢于言表，也感染着身边的人。图/刘志恒摄影

见证新发现，是持续研究的最大动力

从低温超导体开始，多年来一直在拟态科学的奇妙世界里游荡。郭瑞年的研究课题包括磁性超晶格、高温超导体、透明导体、纳米电子学、自旋电子学和拓扑绝缘体。1981年毕业后，她进入科研重要殿堂——贝尔实验室，在那里开始了“磁性超晶格”的相关研究，成为“磁电子学”的开创者，为2007年诺贝尔物理学奖“巨磁电阻现象”的发现奠定了重要基础。

如果能把材料缩小到纳米尺度，磁性会发生变化吗？然而，如果人们能够控制纳米材料的磁性，这将是科学界的一大突破。郭瑞年于1983年正式开始相关研究：磁性材料和非磁性材料像千层饼一样相互堆叠，每层的厚度控制在原子水平，并对磁性和非磁性材料如此堆叠形成的“磁性超晶格”进行实验和观察。前两年的研究并不顺利，测得的结果有些难以用现有的物理规律解释。

为了弄清这一“不合理”结果的奥秘，郭瑞年联系了另一位物理学家进行中子散射实验和分析，发现了一种全新的“通过非磁性物质层的长距离磁耦合，从而改变磁性物质层的磁方向”的物理机制，这种机制受温度影响：耦合力在室温下相对较弱，但在低温下会变强。这一物理机制确立了1988年两位法国和德国科学家Fert和Grunberg发现的巨磁电阻效应(巨磁电阻)。GMR)。

很多人形容郭瑞年与诺奖擦肩而过，让我们怀疑她是否感到惋惜？郭瑞年挥了挥手，笑着说，这个问题很多人都问过。她说，虽然有些遗憾，但当她发现一个超乎想象的新物理现象时，“那种兴奋和喜悦只有亲身从事实验的人才能体会到，非常非常珍贵，难以忘怀！”这才是真正推动物理学家不断探索的原因。

郭瑞年认为，物理发现带来的兴奋和喜悦是一种难忘的动力。图/刘志恒摄影除了磁性超晶格，“远见”也是郭瑞年其他研究的共同特点。1986年底，震惊世界的高温超导体被发现，郭瑞年随即展开相关研究，成功制造出单晶高温超导薄膜，并研究出尖端的超导特性。

1993年，该团队开始研究纳米电子学。最重要的主题是找到可以替代硅晶体的材料，进一步减小集成电路的体积并降低能耗。在这个课题中，砷化镓的电子迁移率比硅高很多倍，有机会成为合适的替代品。但这35种半导体，元素周期表中的三族和五族组成的，与硅相比，氧化物表面容易产生缺陷，很难发展成晶体管。郭瑞年自称幸运。与她的老师洪明辉博士合作，成功发现了一种合适的镓钆氧化物混合物，可以作为砷化镓的表面绝缘氧化层，并首次制成35半导体的场效应晶体管。目前市场上已经出现了这种“第二代”半导体应用，尤其是5G通信目前急需发展的超快技术，可以替代目前面临很大瓶颈的硅半导体技术。

教授。Kwo和教授。洪，1983，在贝尔实验室正门前，默里山，1983。来源：由受访者提供。然而，砷化镓在当时并不被看好。你为什么还选择这个主题？郭瑞年说，这就是选择研究课题的先见之明：“从开始研究到最后放在桌子上使用，可能需要三四十年”，完成重要探索并取得成果，直到

应用，这中间要克服无数细节，但新科技也就因此才得以发展。」

郭瑞年目前专注的尖端研究在自旋电子学领域，她解释，电子在导体里彼此碰撞的现象会造成能量流失，现今科学家正尝试开发出能有效利用电子自旋分流特性的新颖量子材料。

与物理的浪漫长跑中，热情始终不减

郭瑞年对物理的热情从学生时期开始，她从小就喜欢数学，也表现得相当好，在国中时遇见了一位女性物理老师，这位老师把物理解释得清楚明白，郭瑞年学得热血沸腾，更自愿担任班级的「物理小老师」为同学们解惑，乐此不疲，成为了她日后投入科研的契机。

大学进入物理系继续探索，郭瑞年微笑且自信地说自己是个自动自发的人，无论光学、热学、力学，都超前了授课进度，将自己完完全全浸泡在物理世界中。她强调预习的重要，认为若能课前预习，正式课程便如同複习，如此一来，考试时就轻松了。

求学阶段磨练的一身本领，到贝尔实验室后终于大展身手。郭瑞年形容，贝尔实验室就像金庸武侠小说里的江湖门派，一公里长的走廊两侧都是实验室，每扇门后都是一位身怀独门绝招、内功高强的异士，各式仪器、奇思怪想漫盈整座贝尔实验室，里头的科学家日以继夜钻研「武功」、投入研究。郭瑞年说：「每天走进去，都能听见（自己）心脏『砰砰砰！』的声音。」怀抱对物理的喜爱，郭瑞年在贝尔实验室，日日皆满腔热血，一刻不减。

郭瑞年也将热情与投入当成伴手礼，从贝尔实验室直送回台湾，期望培养更多绝世高手科学家。早在投入高温超导体研究的1987 年至 1993 年间，她就常往返台湾交流。一直到 2003 年贝尔实验室大幅缩小编制，成了推动她与夫婿洪铭辉教授回台的力量。临行前，老闆慷慨地捐赠了整套 MBE 仪器与系统，期望郭瑞年能将手上的研究技术带回祖国，让台湾能在此高科技产业也有好的发展，于是，夫妇二人便回国继续从事尖端半导体元件的创新研发。

友善的社会氛围，有助于女科学家的养成

儘管对物理的热情至今不减，郭瑞年也坦言，即使对她来说，在成为科学家的陡坡上，仍偶而碰到浇熄满腔热血的冰水迎面泼来。1981 年，她刚加入贝尔实验室时，美国东岸风气比较保守，女性与亚洲人属于弱势族群，易遭不平等对待与歧视。郭瑞年在初建实验室时，需要频繁与工班团队沟通，并负责监工，有段时间工班进度落后，她提醒工班经理得尽快盖好实验室以便开始研究，他们却揶揄：「如果你要工程有进展的话，最好赶快开始穿裙子！」事后工班经理虽遭纠正但毫无悔意，隔天见到郭瑞年时，又开了不适当的玩笑。

除了这般外显的行为，无形的歧视氛围也包围着她。郭瑞年坦言：当时贝尔实验室同侪以男性居多，同性之间会邀请彼此参与活动并给予专业上的建议，而居于少数的女性，则较不容易打入科学界的社交圈，也少了许多获取资源的机会。「社交和互动的缺乏若不改善，久而久之也会影响女科学家继续往上爬的动力与机会。」郭瑞年解释。

贝尔实验室后来便发起「Mentor 导师制度」，主动关心女科学家的实验内容，互相交流不同的科学资讯。郭瑞年回台湾后，在物理学会女性工作委员会里也推动了导师制度，每年邀请女性科学家交流，让前辈主动给予后进学术上或是专业生涯上的建议，替走上陡峭学术之路的女科学家，增加友善的推动力。

郭瑞年认为，在资质上，任何性别都没有先天差异；在专业方面，女科学家在各领域也都相当卓越；于制度上，渐渐对于女科学家也越来越友善。例如，目前各大学给予助理教授升等的期限约为六年，但有部分学校针对升等期间生育小孩的女性助理教授，则会再给予两年的「缓冲时间」，让女科学家能够从容地规划生育，而也能够有余裕经营工作。

由于台湾社会的风气，对于「物理」的既定印象也会影响新一代物理学研究者的培育。郭瑞年观察，因为重视产业与产值，社会大众普遍认为，物理读到硕士学位，就足以在职场获得不错的工作跟收入，并不鼓励继续攻读博士。但产业工作往往无法充分发挥物理专业人才的潜力，有兴趣进一步钻研物理的人才也可能因此放弃更上层楼，错失了更多开创新领域研究的契机。

「有点可惜。」郭瑞年叹息地说。

无关乎获奖的肯定或者收入，对郭瑞年来说，单单物理新发现的喜乐，便足以充饱她不懈投入研究、以及培育人才的动力，「希望慢慢从这边培养训练新的年轻人才，把这个新科技在台湾深耕，为未来做基础。」

从台湾大学、史丹佛大学、贝尔实验室，再回到台湾，郭瑞年让全世界得以深窥物理法则的奥妙、加速顶尖技术发展，但在这些之外，她追求极致、无畏险阻的决心，早已超越了「女科学家」的标籤，不停歇地朝着前人未至之境而去。

台湾杰出女科学家奖迈入第 15 年，台湾莱雅鼓励女性追求科学梦想，让科学领域能两性均衡参与和贡献。想成为科学家吗？你绝对可以！杰出学姊们在这里跟你说：YES!：https://towis.loreal.com.tw/Video.php

本文由 台湾莱雅L’Oréal Taiwan 为庆祝「台湾杰出女科学家奖」15周年而规划，泛科学企划执行。

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