光，作為驅(qū)動(dòng)人類文明演進(jìn)的核心動(dòng)力之一，既是能量的重要載體，也是信息傳遞的核心媒介，早已融入社會(huì)生產(chǎn)與生活的方方面面。在不同的應(yīng)用場(chǎng)景中，人們對(duì)光與物質(zhì)相互作用的期待截然不同：有時(shí)需其“低調(diào)潛行”，減弱相互作用，以降低傳播損耗和非線性效應(yīng)；有時(shí)則盼其“強(qiáng)力介入”，增強(qiáng)相互作用，來(lái)激發(fā)新的物理機(jī)制，實(shí)現(xiàn)特定功能。諧振腔，就是一個(gè)能有效增強(qiáng)光與物質(zhì)相互作用的重要工具。

▲黃陸軍

諧振腔的原理并不算神秘。在光學(xué)中，只須將兩面鏡子平行放置，便可構(gòu)成最簡(jiǎn)單的光學(xué)諧振腔。光在兩鏡之間往復(fù)反射，當(dāng)其波長(zhǎng)滿足特定條件時(shí)，諧振腔內(nèi)的光場(chǎng)便會(huì)持續(xù)增強(qiáng)?！爸C振腔可以用到較大尺寸中，但我們更關(guān)心的是在納米尺度下，在一個(gè)極其有限的空間里，光場(chǎng)局域的能力上限在哪里?！比A東師范大學(xué)物理學(xué)院研究員黃陸軍這樣闡述他的研究焦點(diǎn)。在他看來(lái)，隨著器件不斷向小型化、集成化演進(jìn)，這項(xiàng)面對(duì)極限的探索不僅必要，更承載著未來(lái)的無(wú)限可能——這也是他多年來(lái)持續(xù)深耕的方向。

推開(kāi)光學(xué)世界的大門

“你知道為什么孔雀開(kāi)屏后，羽毛顏色五彩繽紛嗎？”黃陸軍用這個(gè)問(wèn)題開(kāi)啟了他對(duì)研究方向的介紹?？兹赣鹈挠鹦≈?nèi)排列著一層層蛋白纖維，這些纖維直徑僅有納米級(jí)別，并按照一定的周期性規(guī)律排列，恰好呈現(xiàn)出納米級(jí)的微觀物理結(jié)構(gòu)。受到光束照射時(shí)，這種結(jié)構(gòu)會(huì)對(duì)光波形成良好的干涉和疊加，在不同方向上反射出不同顏色的光。這種結(jié)構(gòu)色比色素色更加穩(wěn)定持久，其背后正是光子晶體理論的完美體現(xiàn)。

最初接觸到這類研究時(shí)，黃陸軍還在華東師范大學(xué)物理系讀大四。確定保研后，他前往中國(guó)科學(xué)院上海技術(shù)物理研究所（簡(jiǎn)稱“上海技物所”）做畢業(yè)設(shè)計(jì)。彼時(shí)，上海技物所正在國(guó)家“973”計(jì)劃的支持下開(kāi)展“人工微結(jié)構(gòu)光場(chǎng)調(diào)控”的研究，他驚喜地發(fā)現(xiàn)，光子晶體研究不僅能解釋孔雀開(kāi)屏、蝴蝶翅膀等自然界現(xiàn)象，更蘊(yùn)含著深刻的物理原理：通過(guò)人工設(shè)計(jì)的周期性結(jié)構(gòu)，可以精確控制光的傳播行為，“想讓光在哪個(gè)波段傳播就讓它在哪個(gè)波段傳播”。黃陸軍感覺(jué)到，有一扇大門正在他面前轟然而開(kāi)。

2008年—2012年，黃陸軍在上海技物所攻讀碩士學(xué)位期間，接觸到了一項(xiàng)充滿賽博朋克色彩的研究——“隱身衣”?！肮ㄌ鼐陀幸患[身衣，披上之后，人可以‘消失’。但我們也知道這不是真正消失，只是不再被看見(jiàn)了。”在黃陸軍看來(lái)，他的工作像是在把魔法變?yōu)楝F(xiàn)實(shí)——在物體表面覆蓋一層具有特殊結(jié)構(gòu)的材料，讓光線繞過(guò)物體沿著原本的傳播路徑繼續(xù)傳播，就好像這個(gè)物體原本不存在一樣。這種對(duì)光的極致操控，讓黃陸軍對(duì)深入科研更加向往。

黃陸軍常提及自己的碩士生導(dǎo)師，那是一位風(fēng)度從容的學(xué)者，面對(duì)任何問(wèn)題都能泰然處之，從不將急躁的情緒傳遞給學(xué)生。有一次聽(tīng)國(guó)外學(xué)者報(bào)告，黃陸軍還在努力跟上思路，導(dǎo)師已經(jīng)抓住核心矛盾提出了關(guān)鍵問(wèn)題——而那個(gè)問(wèn)題，正是該工作投稿頂級(jí)期刊時(shí)審稿人提出的核心質(zhì)疑?！澳菚r(shí)，我還是科研新人，總覺(jué)得基礎(chǔ)學(xué)習(xí)與科學(xué)研究之間存在鴻溝，一時(shí)間跨不過(guò)去。但導(dǎo)師讓我意識(shí)到，基礎(chǔ)牢靠，才不會(huì)盲目跟風(fēng)，才能將有意思的發(fā)現(xiàn)做得更夯實(shí)、更有特色?！?/p>

帶著這份科研底色，黃陸軍的腳步邁向了更遠(yuǎn)的地方。他渴望看看，在國(guó)際前沿，那些優(yōu)秀的團(tuán)隊(duì)是如何運(yùn)用這種“定制光”的能力，去探索未知、創(chuàng)造未來(lái)的。此后10年，從美國(guó)北卡羅萊納州立大學(xué)到澳大利亞新南威爾士大學(xué)，他聚焦于利用人工微結(jié)構(gòu)來(lái)調(diào)控光場(chǎng)/電磁波/聲波，不斷挑戰(zhàn)自我，取得了一系列創(chuàng)新性成果。

突破高品質(zhì)邊界

2022年，黃陸軍全職回國(guó)，加入華東師范大學(xué)?！耙婚_(kāi)始，我也沒(méi)想過(guò)能在國(guó)外待那么久?！彼寡?，海外10年多其實(shí)是被研究推動(dòng)著向前走，但始終缺乏歸屬感，他更希望能回國(guó)以盡綿薄之力。為此，他早早就開(kāi)始了布局。

“我主要研究高品質(zhì)因子共振人工微結(jié)構(gòu)?！秉S陸軍說(shuō)。在單個(gè)結(jié)構(gòu)中，諧振腔的場(chǎng)束縛能力可以將電磁場(chǎng)/光場(chǎng)限制在特定空間區(qū)域內(nèi)并維持震蕩，這是諧振腔性能的核心指標(biāo)，通常通過(guò)品質(zhì)因子（Q值）來(lái)量化?！耙恍╇娪袄锍霈F(xiàn)過(guò)檢查儀表的特寫鏡頭，儀表指針會(huì)突然往上跳一下?！彼硎荆@其實(shí)代表著諧振腔在共振頻率處出現(xiàn)了響應(yīng)峰，其共振峰的線寬越窄，對(duì)應(yīng)的Q值越高，系統(tǒng)對(duì)頻率漂移的感應(yīng)也越靈敏。

“共振可以放在任意波段，這是一個(gè)普適概念。我們可以通過(guò)不同的組合結(jié)構(gòu)、不同的設(shè)計(jì)思路來(lái)進(jìn)行最大限度的調(diào)控，不同的調(diào)控方向會(huì)指向不同的應(yīng)用。生物檢測(cè)、夜視儀、激光器等，都可以利用這一原理?！秉S陸軍十分看好其應(yīng)用前景，更令他激動(dòng)的是，“新型光場(chǎng)調(diào)控及物理應(yīng)用”后來(lái)出現(xiàn)在國(guó)家“十四五”規(guī)劃綱要重大工程中，成為115個(gè)優(yōu)先發(fā)展領(lǐng)域之一?！肮舱窆鈭?chǎng)調(diào)控也是其中的重要拼圖，我們能做的東西還有很多。”

事實(shí)上，黃陸軍的工作已經(jīng)受到了關(guān)注。2026年1月，國(guó)際光學(xué)工程學(xué)會(huì)與中國(guó)激光雜志社聯(lián)合公布了“2025先進(jìn)光子學(xué)創(chuàng)新青年獎(jiǎng)”名單，黃陸軍赫然在列。該獎(jiǎng)項(xiàng)旨在表彰過(guò)去5年內(nèi)在《先進(jìn)光子學(xué)》雜志發(fā)表杰出論文的青年科研人員，黃陸軍的入選文章恰好是圍繞“單個(gè)介質(zhì)顆粒的高Q共振模式”展開(kāi)的。

這項(xiàng)工作可以追溯到黃陸軍博士階段。2012年赴美后，他接到的第一個(gè)科研任務(wù)就是：設(shè)計(jì)一個(gè)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，用以支持無(wú)窮多個(gè)共振。不到1年，相關(guān)成果就得以發(fā)表，但黃陸軍仍心存遺憾?！拔覀儼l(fā)現(xiàn)，在這個(gè)系統(tǒng)中，共振波長(zhǎng)或頻率，與結(jié)構(gòu)尺寸呈線性關(guān)系。線性，意味著可調(diào)控性強(qiáng)，甚至能指哪兒打哪兒。這些共振的Q因子展示出獨(dú)特的規(guī)律，但背后的物理本質(zhì)我們卻不得而知?！?/p>

好事多磨。直到2017年，黃陸軍才在一篇論文的啟發(fā)下，找到了新思路，并在第二年建立了新的物理模型。但之后的投稿也不太順利，直到2021年才正式發(fā)表，此時(shí)，黃陸軍在澳大利亞的博士后工作已經(jīng)接近尾聲了。而他已經(jīng)將合作觸角伸向國(guó)內(nèi)，與上海技物所、同濟(jì)大學(xué)等團(tuán)隊(duì)建立了緊密聯(lián)系。這也為他日后回國(guó)盡快開(kāi)展工作打好了前站。

回國(guó)后，黃陸軍仍就一類特殊的共振模式——連續(xù)譜束縛態(tài)（BICs）進(jìn)行重點(diǎn)研究。BICs具有兩大優(yōu)異特性——Q因子無(wú)窮大及由此帶來(lái)的極強(qiáng)場(chǎng)局域能力，這使其能被廣泛用來(lái)增強(qiáng)光與物質(zhì)的相互作用。“頭發(fā)絲的尺度是微米級(jí)別，但我們能做出比頭發(fā)絲細(xì)5～10倍的結(jié)構(gòu)，相應(yīng)成果的推廣場(chǎng)景也會(huì)更多?！彼a(bǔ)充道。而為了拓展應(yīng)用，他還將圍繞二維材料納米光學(xué)展開(kāi)研究，解決集成光學(xué)共振微腔與二維過(guò)渡族金屬硫化物之間如何實(shí)現(xiàn)增強(qiáng)光與物質(zhì)相互作用的關(guān)鍵科學(xué)問(wèn)題，并進(jìn)一步制備高性能光子與光電子器件，包括激光器、非線性諧波及手性光源等。此外，聲學(xué)超材料和超表面研究也是黃陸軍的關(guān)注重點(diǎn)之一。

一位青年學(xué)者的“私心”

轉(zhuǎn)眼間，黃陸軍回國(guó)已經(jīng)3年多了。這幾年，他始終有條不紊地沿著自己既定的方向往前走。對(duì)他來(lái)說(shuō)，能將個(gè)人研究與國(guó)家的前沿需求相融合是一種幸運(yùn)。

“我也有自己的私心?！秉S陸軍說(shuō)。早在回國(guó)之初，他就給自己設(shè)定了兩條路線：科研、育人?！拔易约罕究迫雽W(xué)時(shí)心里充滿對(duì)未來(lái)的不確定性，當(dāng)時(shí)很多老師和我們分享了學(xué)術(shù)前沿和科研歷程，讓我對(duì)科研有了概念。我也希望我的經(jīng)歷和研究，能夠激發(fā)一些學(xué)生從事學(xué)術(shù)研究的興趣?！秉S陸軍的“私心”更在于，希望借此吸引到一些優(yōu)秀的本科生進(jìn)入他這個(gè)年輕的課題組。現(xiàn)在，黃陸軍團(tuán)隊(duì)除了兩個(gè)博士、兩個(gè)碩士外，還有3名本科生。其中一名本科生已經(jīng)在核心期刊發(fā)表了論文。談及此處，黃陸軍的喜悅溢于言表，“看到學(xué)生出成果比自己發(fā)文章還要高興，不管他們未來(lái)是否留在團(tuán)隊(duì)里，能讓他們?cè)谧钣谢盍Φ碾A段做出一些進(jìn)展，都是好事”。

對(duì)于團(tuán)隊(duì)管理，黃陸軍更傾向“無(wú)為而治”?！叭瞬荒芤稽c(diǎn)壓力也沒(méi)有，但壓力太大是不行的。在放松的狀態(tài)下，大腦才會(huì)更活躍、更發(fā)散地去思考?！彼芟矚g如今的團(tuán)隊(duì)氛圍，在共同目標(biāo)下，每個(gè)人都能找到自己的興趣點(diǎn)，放松但高效地去做好研究。面對(duì)未來(lái)，他也有清晰的規(guī)劃：要進(jìn)一步建設(shè)發(fā)展團(tuán)隊(duì)；要堅(jiān)持“高質(zhì)量、有特色”的標(biāo)準(zhǔn)，做出在國(guó)際上具有一定影響力的前沿工作；還要探索對(duì)已有科研成果進(jìn)行轉(zhuǎn)化應(yīng)用。

“如今，人工智能發(fā)展得如火如荼，如果這能與我的研究有效結(jié)合，是不是也能碰撞出新的火花？”2026年伊始，黃陸軍的思考仍在繼續(xù)。對(duì)于一位回國(guó)3年的青年學(xué)者來(lái)說(shuō)，一切才剛剛開(kāi)始，一切都值得期待。