八次打破世界纪录，培养四十余位青年教授，UCLA杨阳：伯乐如何打造千里马
Yang Yang (杨阳)
2021-01-05
引言：我在1997年加入加州大学洛杉矶分校（UCLA），当时我的启动经费是十万块美金，加上大约三百平方尺（~三十平米）的实验室空间。在往后的23年里我一共培养出了48个左右的博士毕业生，同时培养出了55个左右的博士后，其中大概有40人成为了高校的老师，遍布于世界各地。我们发表了超过400篇同行评议论文，引用量超过115,000。（Google学术搜索）我的H指数是156。我经常会思考这个高产团队的秘密是什么。在本文中，我试图回答这个问题，并希望我们在UCLA的经验能使其他人受益，尤其是那些刚开始自己职业生涯的年轻教师。简而言之，这个秘密就是：建立一种课题组文化。 建立师生之间的互信；找到他们的特殊天赋；鼓励他们承担具有挑战性的项目；勾勒出他们未来的美好蓝图；释放他们的潜力——最终惊喜就会来临。TIED-US（把老师和学生绑在一起吧!）当我们把学生的前途视同我们自己的一样重要时，他们成功的机会将大大增加。当学生获得成功时，我们也是如此。教育是一件大事，我相信这个事情是大家都知道的。我觉得当一个大学教授的最主要的任务就是把学生教好。换句话说，即传道，授业，解惑。可能是因为我在研究生的时候当了五年的TA (1986-1991)，我很喜欢和学生互动。我认为教育是一件很重要，同时也是一件很令人着迷的事情。它可以藉由和人的互动，产生对一个人、一个班级或一个学校的重要改变。所以我认为，正确并合适的教育制度，可以从根本上改变一个国家的未来。比方说，美国在看到苏联发射第一颗人造卫星之后，便大幅地改良自己的科学教育。这使得美国在后来奋起直追，直至主导了整个世界的高科技领域。到现在为止，也没有人能够撼动美国的科技霸主地位。从我个人教学经验来讲，我在加州大学洛杉矶分校（UCLA）的23年里一共培养出了48个左右的博士毕业生，同时培养出了55个左右的博士后。在这加起来的大约100人中，大概有 40%成为了高校的老师，还有40%的人进入了像苹果， Intel，和 LAM Research这样的高科技公司，剩下的20%的人自己创业成立了公司，或者是加入了创业公司。在我60岁生日的时候，我问了几名毕业了有一阵子的学生，问他们在UCLA印象最深的经历是哪些？哪些经历改变了他们的一生？黄劲松老师提供了一个最令人喷饭的答案，他说他印象最深的是“杨氏(式)骂“。我当时就很好奇地问他什么叫做“杨氏骂“，他说他当年刚从中科院半导体所到加州大学，那个时候心高气傲，因为他之前在半导体所做得相当不错。结果到了加州大学，被我说得从云端掉到了地面。从那以后他就开始扎扎实实地做科研，而不是心浮气躁、只想要顺利的毕业。另外，窦乐添老师也说他最大的收获就是我给他提出的一个方向，这是一个包括杨老师在内都没人做过的方向。这个方向是做专门吸收红外光的高分子，来应用在有机光伏器件中。他说杨老师画了一个大饼，让他去追求这个梦。结果将近一年之后，他把这个材料做出来了，我们也在这个材料做出来的一年之内，凭借这个高分子以及它一系列的衍生物，两度打破了有机光伏的世界纪录。像这样的例子在我们的研究小组里面层出不穷，并不是单一的现象。诸如此类与学生的互动，产生的效果真是令人惊叹。所以作为一个科学家，我特别期望的就是可不可以把这个小规模的实验放大来做呢？这也是为什么当2018年5月6号我第一次碰到施一公校长，他邀请我加入西湖大学之后，我选择接受他的邀请。当初西湖大学吸引我的地方在于，它的目标是成立拥有类似于西方体制的高校，利用这个模式在（未来）中国的教育里面产生革命性的影响。我相信读者会体会到为什么我那个时候心里面是如此的激动，因为我想要做放大型的实验。而根据施一公校长的描述，西湖大学恰恰能为这个实验提供一个良好的环境。不过，施一公校长强调的是做出一些科研上的杰出成就，而我希望我们做的事情是能够为整个中国未来的教育找到一条出路。不只是高等教育，而是整个通识教育。后来由于种种原因，我决定在2020年10月份辞去西湖大学工学院院长、讲席教授一职，回到加州大学。但我对高等教育的情怀并没有被抹灭，还是持续在发酵。我想既然目前无法在国内进行真正的放大型实验，我是不是可以先把我在加州大学的经验如实记录下来，就像一个小小的实验记录本一样，以期为后来的年轻人，甚至是改革者提供一点参考资料。这篇文章的重点在于我个人的求学和工作经历，以及怎么样在加州大学UCLA，以有限的资源来建立我们的课题小组，培育独特的深厚的文化气息，培养学生勇于冒险、敢于创造的精神，和学生一起开创并发展我们课题组新的研究方向，引领出一波又一波的科学研究高潮。我尝试把教育学生和科学研究紧密的结合在一起，取得了令人惊艳的成果。同时我也鼓励学生把我们的科研成果拿出去做技术的转化，成立初创公司。23年一晃就过去了，这篇文章也就是过去二十多年，我们如何一直站在科学前沿的故事。我同时也邀请我过去的学生写出一点他们在课题组求学过程中的心得，并把这些心得一起放入了这篇文章里面，让大家有一个参考点。他们有一些人做了大学教师，有一些自己开公司，也有在美国或者是其他地方的大企业做事的。我在台湾出生及成长，在1982年于台湾的成功大学物理系拿到学士学位，大学毕业以后，在部队服了两年义务役后，在1985年来到了美国麻省大学Lowell分校 （University of Massachusetts-Lowell）攻读研究生。从我下飞机的第一天开始，我就爱上了美国这个地方，而这个地方也的确改变了我的命运。在台湾我只是一个成绩平平的大学生，虽然很努力，可是始终不得其门而入。我不会考试，也不知道怎么样去考试可以得高分。假如我一直待在台湾的话，可能只是一个普通的工程师。幸运的是，我到了美国。虽然我进的学校只是一个排名将近200名的研究所，可是却让我眼界大开，如同到了天堂，最让我高兴的是老师们都鼓励学生找他们讨论，就算是不一样的意见也很欢迎。可能是我这个人天生就喜欢问各种问题，所以我觉得美国特别适合我。那时更重要的一个感觉是，我觉得我像是一条鱼又重新回到了水中。美国的文化环境和鼓励人发表意见的科研氛围，让我深深感动。一下子我就从一个在台湾平均分只有70分不到的物理系学生，变成了一个在美国全部都是A的学生，而且我在科研方面的兴趣以及天分也得以充分发挥。在美国读研究所最大的感触是做习题，这里做作业是规规矩矩地做，常常做完就是深夜，有时也会做到天亮。而且老师改的很严，不对的东西他都会挑出来。这就是个蹲马步打基础的过程。因此我后来在UCLA做老师，通常不希望一年级的研究生做科研，而要求他们专心修课。因为这是打基础的时候，错过这个时候，对他们的长远职业生涯百害而无一利。研究所时期另外一件对我影响很大的事情就是做了五年的助教 (Teaching Assistant， TA)，这个经验让我深深体会到教书的乐趣还有跟学生交流的重要性。很多人认为当 TA 是一件很费时间的事情(特别是现在的研究生)， 可是我更愿意从另外一个角度来思考，它帮我了解到如何去跟学生打交道，尤其是练习沟通和讲演(communication and presentation)的技巧，同时也让我了解到我对教书有一股热情。这个经历对我后来从事教育工作很有帮助。1992 年初取得博士学位后，我有四、五个工作的 offer。其中有一个是附近的小公司，要我去帮他们开发光学技术的业务，年薪是四万五千元美金，还有股票， 加上请律师帮我办绿卡。另外我还拿到了美国的 National Research Council (NRC) postdoc。这是一个很高的荣誉，因为在全美只有一百个名额。我那时候写了一个研究计划要去做光化学的癌症治疗。我那时候根本不抱任何希望，因为我不是生物这个领域的，结果他们给了我这个名额。但是这个头衔 (title)，只限于美国公民或者是有绿卡的人才能够拿到，我是外国学生，必须要改成 J-1 签证，所以后来就不去了。我觉得我将来想做教授，所以最后选择了到加州大学河滨分校做博士后。我和太太一起租了一个货车，拖了我们的 Toyota 一路开大约五千公里路到了加州。当我回头再看一次过去的人生，到加州的决定是我人生中的一个重要转折点，我走出了待了六年多的麻州舒适区(comfort zone)，来到一个新的地方重新开始。当时这个决定还被别人嘲笑了一番，因为博后的薪水 (USD$22K/year)只有工业界的一半还不到，也没有绿卡。连我的博士论文指导教授也劝我就留在麻州算了。可是我的太太十分支持我去加州的决定，所以我们就搬过去了。(其实我们在那时候很穷，我们很需要一份好的收入，可是我和太太认为一个人一定要有一些梦想，不能只是为了赚钱。)从麻州到加州的 5000 公里长征。1991 年十一月底，我们从波士顿附近的 Lowell 开车到加州大学河滨分校(Riverside, California)。一路穿越了美国大陆。我建议在美国的留学生能够尝试一次(当然也有其他的路线)，这是一个一辈子值得珍惜的回忆。我到了加州大学河滨分校化学系后，开始做光学物理 (photo physics) 的研究以及一个新的单一波长激光的设计 (single frequency laser)。可是在做实验的时候非常不顺利，几乎所有的实验都做不出来。我那时候夜以继日做的很累，可是就是没有结果，后来才知道是我用的激光出了问题，它在我去上班的第一天就坏了。这个问题到十个月以后才找到，虽然累惨了，可是我却也练出了一身功夫，知道如何做故障排除 (trouble shooting and solving the problems)。那时的老板 Prof. Bryan Kohler 是一个德国人的后裔，十分重视自己动手做事，所以在这里训练出来的学生动手能力都特别强。在 UC Riverside 做了大概八个月后，有一天我发现一个学商(MBA)的朋友在帮他的太太找工作，他的太太也是在化学系做博士后，合约还有二年才到期。我问他为什么这么早就开始找工作，他跟我说你永远不知道机会什么时候来，不准备的话机会来了就错过了。(机会永远只留给有准备的人。Opportunity is only for prepared mind.) 这位 MBA 就是日后南加大商学院鼎鼎有名的陈百助教授。那个时候我们都刚从学校毕业，日后都变成了好朋友。受到了他的影响，我也开始找工作。那个时候，在 Santa Barbara 有一家公司刚研发出来柔性高分子 OLED。这家公司的老板 Prof. Alan Heeger 后来成了诺贝尔奖得主。我和他接触了，他邀请我去面试，两个月后，我就到 UNIAX Corporation 去上班了。到 UNIAX 上班是我人生的另外一个重要转折点，因为它使得我真正置身于世界一流的研究小组去跟其他的世界一流的科学家竞争（这就像职业棒球赛的大联盟）。这其中真是乐趣无穷。想想人生实在充满了不确定性(uncertainty)，这也使得人生是这么的有趣。假如我不是因为在UC- Riverside做实验处处不顺利，我也不会想去找下一个工作。假如不是在那个时间点碰上我那个学 MBA 的朋友，他跟我讲的那番话让我下定决心去找下一个工作，我现在还不知道人在哪里。另外，有一件有趣的事情我认为可以跟大家分享。当我去 UNIAX Corporation 面试工作的时候，我沿路开车经过风景优美的加州海岸，我告诉我自己一定要拿到这份工作。可是第二天正式面试的时候，Prof. Heeger 直接跟我说其实这份工作已经找到人了，是一位从英国剑桥来的科学家，可是美国的移民局规定要找一个海外的科学家，必须要面试当地三位同样性质的人。所以这个面试基本上只是一个形式，他希望我不要失望(disappointed)。可是那时候我心里想的不是沮丧和放弃，而是我一定要做到最好的表现，让他们没有办法拒绝我。所以当两个礼拜以后 Prof. Heeger 打电话给我 offer 时，我高兴的不得了。我后来加入了 UNIAX，在那里工作了四年多一点，那段时间是我学到的东西最多的时候，那个公司虽然不大，但是他们请的人都非常优秀，like a small Bell Lab。我在那边碰到很棒的物理学家、化学家、还有做材料的人。比方说，我的高分子知识很多是从曹镛老师那里学来的, 那时候晚上在公司里面常常就是我跟他两个人在做实验，待到半夜。我喜欢在实验的空档跟着他后面问东问西的，他也毫无保留，倾囊相授，我对曹老师的学问真是佩服得五体投地。曹老师后来成为了中国科学院院士，并且在华南理工大学领导一个国家重点实验室。所谓强将手下无弱兵，这也难怪 Prof. Heeger 日后成为诺贝尔奖得主。在 UNIAX 刚开始的时候，我们做导电高分子材料，后来又开始做 polymer OLED， 也就是 organic LED 的另外一个分支。organic LED 大家都知道后来做了 OLED 面板，在三星的手机上用了很多。我在那个公司的第一年也是做得相当不顺利，几乎甚么实验都做不出来，虽然我很努力，日夜都在工作。到了 1993 年，情况总算开始好转，我的实验开始有了结果，而且未来的发展也相当顺利。我在河滨分校的一年和 UNIAX 第一年的低潮总算熬了过去，后来还发了一些 Science 和 Nature 的文章。也就是在那个时候，我决定开始投履历去应征教授的工作。投了履历表一年之后都没有下文，尽管我所在的工作单位是很有名的。后来追根究底，我发现是我在麻州大学的出身不够好。所以，我必须要做出一些很有名的东西才会被认可，使得别人不再专注于我的出身，这样子找工作才有机会。好在那个时候，我又做出了一些还算不错的结果。后来当我再度找工作的时候，这些成果对我帮助很大。加州大学洛杉矶分校(UCLA)的工作，也是学校主动来找我的。这其中还有一个故事：因为我很喜欢帮助别人，有一天有一个朋友请我帮他办一个会议(conference)中的一个 symposium，我答应了。我请了一些国际上有名望的科学家来参与了这一个会议，其中有一位教授 Prof. Frank Karaz (U. Mass-Amherst)，我跟他提了我想去找教职，他很大方地同意做我的推荐人，他也是后来推荐我到 UCLA 的人。在这一连串的机缘巧合中，我终于在1997年1月1日，到了UCLA 做了教授。那个时候还有一个插曲。UCLA 的材料系系主任 Prof. Kanji Ono 告诉我他们可以 offer 我成为有终身职的副教授(tenured Associate Professor)，可是合同文件 (paper work)要等上十个月；或者他们可以 offer 助理教授(tenured-track Assistant Professor, but not tenured yet)，可以马上上班。我当时觉得有机光电( organic electronics )这个领域正在起飞的阶段，我没有时间去等十个月，我决定去做助理教授，因为，时机就是一切(timing is everything)。我的博士论文指导教授都说我头脑不清楚，明明人家要送上门的终身职为什么不要。可是我觉得，假如这个机会窗口(window of opportunity )错过的话，我也许会彻底错过这个大好的机会。我于1997年一月加入UCLA，成为助理教授。UCLA 那个时候给我的 offer 其实不太好，他们只给我十万块美金的启动基金，加上三百平方尺（三十平米）的一个很小的实验室，但是我还是去了。我现在很多学生去做助理教授，动不动都有几十万或者是近百万美金的启动基金，相比之下我在 UCLA 的启动经费实在是少得可怜。但是我始终觉得启动基金固然重要，却不能够决定所有的未来，一个人的创意和将研究终生坚持到底的精神和态度，才是决定胜负的关键。1997 年和第一个研究生(Jay Bharathan)一起 setup lab（上）。同年，我们第一个用喷墨技术喷出的 polymer OLED logo 的照片（下）。加入了UCLA之后，我坚持走和 UNIAX 不一样的研究方向。我花了半年去构思新的点子。因为经费有限，只能一次成功，没有第二个机会。我的第一个计划就是用喷墨式的方法去打印 OLED (organic LED)，那个时候我说服了日本的 Seiko Epson 公司送给我一个特殊的喷墨打印机(inkjet printer)，这个特殊的 printer 可以直接在玻璃上印出有机高分子材料。非常幸运的是我们成功地印出了 polymer OLED logo。我们那篇文章虽然发表在 Applied Physics Letters[1] 上面，但是 Science Magazine 报导了我们的结果。也就是这个实验结果以及后续的一些创新的点子，让我们在美国的海军部(US Office of Naval research)，空军部 (US Air Force office of scientific Research)， 还有美国的国家科学基金(National Science Foundation) 都拿到了项目基金，也拿下了 NSF Career Award。从这点来看，这个成果算是让我们的实验小组站稳了脚跟。我也很快在1998年被提名成为终身副教授，接着2002年成为正教授。从那个时候开始，我陆陆续续发展了一些新的方向，例如我们做的一些有机内存记忆体(organic memory)，还有我们后来做的有机垂直晶体管(organic vertical transistor)。然后到了 2004 年，我开始大量地进行有机太阳能电池(organic solar cell)的研究。在这之后的十五年，我们在有机太阳能电池上发表了一百余篇重要的论文，其中有许多篇都是高度被引用的 (highly cited)文章。在这十五年的时间里，我们课题组在有机光伏上的贡献是全球瞩目的。我们的技术不但促成了一家名为 Solarmer Energy Inc.的初创公司 (startup company)的成立，同时我们还创下了好几个有机太阳能电池效率的世界纪录。从 2013 年开始，我们进入了一个新的领域，叫做钙钛矿太阳能电池 (perovskite solar cell)。在不到一年的时间内(2013~2014)，我们从零开始，做出了将近百分之十九的光伏效率。2014 年，我们在《科学》杂志上报导了这个十分令人兴奋的结果。（到了 2020 年, 全世界钙钛矿太阳能电池的最高效率已经超过了25%，我们课题组也达到了24.5%的效率。）在下面的篇幅里，我将以时间轴从1997年到现在，描述我在几个重要时间点采取的一些行动，比方建立新的科研方向，如何和学生互动，以及建立什么样的文化，从而打造成为我们现在的课题组。自从1997年进入美国加州大学洛杉矶分校之后，除了寻找未来科研方向，我的重点就在思考我们要成立什么样的课题组，培育什么样的group culture。一开始，我亲自在实验室教学生一步一步做事，写实验记录本（lab notebook turns out to be critical）。后来我开始思考，假如我从始至终什么事情都要管，不但我会累死，学生也很难独立。我如果想成立一个highly productive的课题组，必须从一开始就重视对学生的栽培，以及团队文化的建设。我认为只有打好这个文化传承的基础，我的课题小组才能走的够远。我的第一个要求就是打好基础，不管是基础科学，或者是做研究的习惯。我觉得要培养出一个优秀的学生，让他们有一个好的未来，最重要的一点，就是要帮助他们打下扎实的基础，以及建立一个好的工作习惯。所以对新来的研究生，第一年我通常不要求他们做太多科研，而是让他们专心修课、做习题、以及准备好博士的基础考试。我认为这个过程对他们未来的职业生涯是至关重要的，因为在美国对这些基本功的培养相对比起国内要扎实很多，比方说我们的解题，还有准备考试的模式都要求学生对基础知识有非常深入的理解和独立思考的的能力。(部分的老师都要求国内来的学生在第一年就开始做大量的科研，我觉得真有一点揠苗助长。)另外一个点， 就是我很强调学生的实验记录本，因为我认为实验记录本，就是他们做科研的“生命”所在，因为当他们把实验的过程记录下来的时候，将来他们回过头来看，这个就是他们的生命历程。万一实验有问题将来也可以回过头来，发现是什么步骤出了问题。我现在个人的实验记录本就有大概20本左右，从1986年开始我进实验室的记录都在上面。我现在还可以记得我作为一个年轻学生的时候是怎么样去做研究的，而且我不只写下来研究的过程以及结果，我还把研究的心得和想法写下来，甚至于我身边发生的事情我都写在上面。我后来发现居里夫人也有同样的习惯，他甚至于把她怎么煮意大利面的配方都写在实验记录本里。所以在我个人实验的记录本里面，还贴有我和别人进餐的时候讨论用的餐巾纸笔记。或者我临时想起一些新的点子，随手写在一张小纸张上面，我后来也是把它贴在实验记录本里面作为一个记录。去做这些方方面面的事情都是在训练学生的基本功。特别是当把记实验记录本养成一个习惯之后，就很难去造假，因为“数据”本身会说话，这就养成学生做科研的时候的一个诚实的态度。这也是我到西湖大学做工学院院长时对学生要求的一个基本条件之一。不知道我走了以后他们是不是还能够保持这个习惯。我对学生的另外一个基本要求是要读仪器的使用说明书，而且我希望他们读的是纸质版，而不是电子版的，因为这样可以把阅读时的笔记写下来。当实验室的仪器越来越精密，自动化越来越高的时候，学生往往变成一个仪器的使用者（tool-user）但却不甚了解仪器本身是如何运作的。事实上，这是很危险的，因为有些时候仪器会出问题，假如学生不知道仪器工作的基本原理，他们就会被这些故障给误导。举例而言，我在西湖大学的时候，有一个课题组的学生和我讨论他们的实验中电流信号常常有杂讯 noise，我就问他们你们的仪器有没有接地（ground），他们说有接地的，因为墙上的插座是三孔有一个孔是“接地”的孔，我就问他们说，那个接地的是接到哪里？你能相信那个接地是真的吗？后来发现，那些noise就是由于接地不良，各个插座互相干扰造成的。2. YY Lab的“毕业礼” - 离开前的“创意挥洒“差不多2002年左右，我开始尝试一种独特的学生培养模式，那就是研究生在完成他们的毕业论文后，在正式离开研究团队前，我会鼓励他们，想一些异想天开的点子。这些点子必须是他们以前没做过的，但是也不能够完全偏离我们课题组的核心。经过讨论之后，我会给他们一笔小小的“启动基金”来做这个研究。从那时开始，这个“培养模式”成为了我们课题组的一个重要文化之一。（后来因为我们组里面的实验设备越来越好，学生并不需要这笔基金了，但是这个风气（文化）一直传承了下去。）事后证明此培养方式俨然是神来一笔，一名研究生（陈方中老师，目前在台湾交通大学任职正教授）提议在有机太阳能电池中利用三线态（triplet-state）分子掺杂，做深入的研究，并要求30,000美金的资金去购买相关的设备。我觉得这个点子很有趣，于是我们写了一个研究计划送到了加州州政府去申请这笔30,000美金的经费。经过同行评审，我们拿到了这笔经费。虽然事后证明此想法的结果并不如预期，因为当初的三线态分子是给有机发光体用的。但也因为此次实验的不尽理想，我们开始深入研究其他有机太阳能电池材料体系。这中间还有一个可爱的小故事：在向州政府申请经费的时候，reviewer 是一个光伏科技的专家, 他坦白说，他并不相信有机光伏这个技术，因为材料很不稳定而且效率低。但是他相信我这个人，因为我过去的记录（track record），证明我是一个可以把东西做出来的人，所以他支持加州政府给我这笔经费来证明他的看法是不正确的。这让我觉得，美国这个国家真是可爱，的确是一个可以产生革命性观念的地方。而这一小笔三万美金的研究经费足够聘请李刚博士（现为香港理工大学的正教授）作为博士后研究员研究高分子的形貌及其对电子学特性的影响。此相关研究结果发表于2005年的Nature Materials[2]期刊，内容为通过调整高分子形貌来影响有机太阳能电池的性能，是我们这个领域一个十分重要的里程碑。此论文发表后的15年间被引用了超过6000次。“第一件事 – 从无到有, 创业从来是不容易的，OPV 在UCLA的成长亦如此。那时在 OPV 领域我们没有credit。我还记得2005年夏天，一位欧洲的OPV知名学者来UCLA参观，听说有OPV研究, 问我们的第一句话是-“where is your paper?” 彼时我们resource也很少，一个博士生Vishal, 和我 - 拿着不到2万7千美元工资的博士后，利用一台现在看来非常简陋，光斑不均匀的太阳光模拟器来开展实验测量的，而这在当时条件下已经是很难得拥有的奢侈了。怎么破局？我觉得学到的是：不唯上，不唯书，只唯学， 要敢于探索，走出领域的边缘。现在我们知道，那个时候其实整个领域对此研究的理解都很肤浅，正确测量上更是浅薄。文章寄到Nature Materials, 被要求认证效率，才会知道发表的那么多文章都没有真正验证过。与NREL的交流是一个漫长，痛苦与充满学习真理的过程， 其间杨老师始终坚持和鼓励，从学术讨论及实地验证等各个方面予以支持，我相信他是带着强烈敢为领域先的责任感的。经历之后，会真切懂得，再有名的科学家 都有他的局限，不需要盲目崇拜，读文章要始终谦逊，但保持独立批判的眼光。此次与NREL的合作，我们走出了有机太阳能电池的研究小圈子，给本领域带来了正确的方法论，为这其后15年做出了我们的引领贡献。我想可以这麽说”Be Brave， Be humble，Do the right thing.”在2005年发表此研究论文之后，我们的研究团队成为有机太阳能电池领域的研究先驱之一。我们在有机太阳能领域整体的主要贡献包括了解高分子的形貌及其对器件效率的影响[2]，发明了串联有机太阳能电池[3]、反型串联有机太阳能电池[4]、透明有机太阳能电池[5]及开发了多种新型给受体材料等[6,7]。这些努力造就了一系列有机太阳能电池的突破，包括在2009年被美国国家可再生能源实验室（National Renewable Energy Laboratory, NREL）验证的创历史新高的7%能量转换效率[6]、2011年的8.6%[8]及2012年的10.6%[9]，这是有机光伏的科学史上，第一次突破10%的效率限制。我们组的叠层电池工作是从洪自若博士开始的，他当年从科学院毕业来到UCLA。因为他是学物理的，他认为，从物理的角度而言，叠层电池（把两个吸收互补的材料做成两个子电池，上下串联叠在一起，成为一个新的电池，以拓宽太阳光普的利用率）的效率一定会高于单层电池的效率，因为叠层电池可以更有效地运用阳光的能量。他坚持他的看法，我也相当鼓励和支持他去做这样的尝试。两年下来，终于把1+1<<1【换句话说，前端电池的效率（假设是“1”）加上后端电池的效率（也假设是“1”），远小于任何一个电池单独的效率】的效率做到了1+1>1的效率。我们也就是运用这个叠层电池结构，第一次突破了有机电池10%效率的世界纪录。这个”临别秋波的点子”的想法，其实还是很有意义的。学生在课题组里面经过了四、五年的积累，他们一定有很多很棒的想法。所以在等待下一个工作来临的时候的几个月，他们并没有工作的压力，也没有论文的压力，这个时候应该是他们最有效率的时候。这样的故事在我们课题组并不是唯一的，因为在我们实验室里，我始终坚持每一个人都是平等的，可以有也应该有自己的意见，并且应该被鼓励去做尝试。只要学生有他们在科学上的理由，能够说服我，我就会支持他们走下去的（如果我不懂的话，我就和他们一起学习，并且请这方面的专家来一起评估这个学生的想法。这些人就是学生的未来博士论文的 committee）。我们研究团队另一个重要的贡献是利用整合测量效率的方式在有机太阳能电池与传统硅片为主的光伏模组（PV）之间建立了桥樑，这样两个领域都能直接比较各自的效率（换句话说，两个领域测量的方法是一致的）。这里面有一个很有趣的故事，我想和各位分享。2005年，当我们在海军科研基金年度报告会议里面报道了我们做出来5.2%的效率，因为这是一个很大的提升（在我们之前大概只有1%到2%的效率。），美国海军的评审委员就问了一个问题，我们的光伏效率有没有被认证过？我说我从来没听说过光伏效率还能够被认证的，说完之后与会的专家大家都在笑，因为这证明我在这个领域的时间还不够久，后来我才知道美国的能源部有一个专门的实验室可以帮别人认证光伏电池的效率。经过他们的介绍，我认识了 Dr. Keith Emery, National Renewable Energy Lab (NREL)。我不但把光伏器件交给他去测试，还派了李刚老师领团的一个小组去NREL学习怎么测量光伏器件。结果，我们5.2%效率的器件经过他认证之后，只剩下4.0%。这个数字让我们从云端跌回谷底。后来我才知道在有机光伏的测试中，我们用的都是单晶硅的测试方法，由于材料不一样，所以导致有一些参数会让有机光伏的效率被高估。回来以后，我告诉我的团队，从现在开始，我们要用光伏行业认可的标准方法来作为我们测量的标准。坦白说，当时有一些成员心里很不是滋味，因为这样几乎打了20%的折扣，他们担心将来文章以及基金的申请会出问题。但我坚持一定要走正路，一定要做对的事情，而这个做法也让后来我们组里的数据得到别人认可。这也是我这个人的个性，当我认为对的事情，我会坚持下去，而且我不退让。Keith 后来和我说，他印象很深刻的是，我们不但不回避去测试，我们还坚持了用正确的测量方法来测量我们后来所有的器件。因为他们（NREL）的测试总是会把教授们在实验室的数据拉低很多，所以几乎大学教授都回避和他们打交道。可是我正好反其道而行，我不但采用了他们的标准，我还大力推广，花费了许多心力与Keith Emery博士一起促成了有机太阳能电池量测的标准化。这项成果的重要性于2016年出版的Adv. Funct. Mater.[11]期刊中被认可，并且目前已被引用了600余次（标示于图一的红圈处）。也由于我们的努力，有机光伏的研究结果后来终于被其他无机光伏领域的专家们所接受。今日有机太阳能电池领域的研究仍遵循着这些测试标准。因为这些高影响力的研究成果，路透社Thomson Reuters将我们的团队评为全世界被引用最多的前19名科研团队之一（2012-2014年）。[12]我们的实验团队在有机光电领域重要且具有代表性的工作，这些研究成果是该领域的重要突破，将有机太阳能电池的认证效率从2003年的不足1%提高到了2018年的12.6%。4. “态度”决定一切 -It is not what you do, it is how you do it.在2007年、2008年，我们课题组收了黄劲松（Jinsong Huang）和姚彦（Yan Yao）两位学生。他们两位都是在国内做出了相当不错的成绩，然后进入了我们课题组。我通常对于国内出来的学生的第一个建议，是请他们把在国内学的习惯给忘记了，然后我可以从头开始训练他们，让他们养成一个良好的习惯，所以他们终身受益。比方说蹲马步打好基础，诚实谨慎且详细地写实验工作记录本，鼓励他们静下心来专心做好一件事等等。下一小段是Jinsong说的话（这也是“杨式骂”一词的起源）：“记得我刚到UCLA的时候，我像很多刚加入UCLA的新生对自己能被一个杨老师这么一个出名组选中拿到奖学金/助学金感觉很骄傲。 我觉得这已经证明了自己的能力，剩下的就是自然顺利拿到PHD学位去大公司工作。我现在还是觉得有傲气很好，但是过度的傲气让我没法沉下心来思考到底什么是研究，到底需要怎么去努力。我甚至以为过去的考试成绩就等同将来的研究成就。记得杨老师在研一的时候把我和姚彦叫到办公司，问了一个让我当时觉得很奇怪的问题：“你们觉得自己很优秀吗？”（Of course，我心里暗暗地说。）“你们是很优秀，但是优秀的人我见过不少，包括那些拿了Nobel Prize的人，但不是每个优秀的人都能成功。”（具体语言可能有出入，毕竟快20年了）“你去看那些成功的人，他们都有一个特征，就是work hard。“你觉得你们work hard吗？”不，我觉得远远不够。跟我比，“你远远不够”，我当时心里不认同，但是现在回头一看，以前过的日子是很舒坦。后来我终于体会到什么是work hard，每人的标准是不一样的，但是杨老师对我们的标准就是完成任务，do whatever it takes，而不是找各种借口。这当然也包括改变自己的态度，渴望完成任务的压力使得我放下很多外壳，不耻下问，积极与像李刚这样的优秀同僚合作。我有很多这样例子，这些都潜移默化了我的做事态度。记得有一次上课的时候，杨老师问所有学生，什么样的资质是一个人成功的关键？不出意外，很多人都将了talent, work hard, communication skills, etc. 最后杨老师把“态度“排到第一。不知道杨老师自己是否意识到，他这种philosophy在他教育学生地时候时时刻刻在体现。现在我从打心底同意这个观点，也就是这个philosophy在引导我后来的研究和教育生涯。“关于在我们的课题组重视“工作态度(attitude)”这个文化，姚彦（现在在休斯敦大学任教）有下面的描述：“态度决定成败”。关于做事的态度，读博期间杨老师在不同场合讲过至少10次以上，积极的态度是成功的第一要素。2005年12月23号圣诞前夜晚11点，杨老师给我发了邮件，提出了一个有机太阳能电池效率可能被低估的想法，因为双层电极蒸镀过程的阴影部分会对电极面积计算产生误差，从而导致电池电流密度的低估。他想要我尽快测试评估该影响的程度，邮件最后写道 “Please do it ASAP, I need the results urgently. ” 这个想法其实和我不谋而合，这个阴影部分是一定存在的，我也想搞清楚这个因素到底会有多大影响。当时全家在圣诞节期间的出行已经安排好，但我没有任何犹豫、立马就赶去了实验室。经过4个小时的实验，凌晨前就把结果发给杨老师。没有追求卓越的态度，成功是不可能的；而且成功不是等来的，靠的是平时每件小事的点滴积累。独立工作时间越长，越发现不是所有人都知道“态度决定成败”这件事情。现在工作中带博士生的时候，当我要求他们做更深入的研究、更仔细的分析时，他们的态度通常是浅尝辄止，不愿意花精力深入，我就会和他们分享我当年自己的故事。“我很兴奋地和各位分享，就是那两年（2007，2008），我们课题组收的学生百分之百的都变成了在美国的终身职教授。5. Think out of the box - 柳暗花明又一村在教学及研究方面的处世哲学中，我总是不断向学生强调跳脱框架思考(think out of the box) 的重要性，并且不要害怕探索舒适圈外的世界。我相信这个思考方式对于团队取得的多项成功有很大的贡献。我们课题组的另外一个特色是我很愿意让学生来主导一些研究的方向。我们的课题组有二三十个人，大家在不同的领域，所以光是这些学生交换经验，就可以产生一些跨领域的想法。另外，因为学生日夜在实验室工作，缺乏和外界的交流，我会送他们到外面参加学术会议去吸取新的知识和方向。假如我们给他们这个机会，课题组也有这个文化来支持这种活动的话，他们往往比之前能够多得到一些新的点子。举例来说，在2007年的夏天，当时有机太阳能电池的效率大约达到7%，并且正是有机太阳能电池初步商业化的时候，我的“不安分（造反）”个性又开始发作了。我思考着什么将成为下一波的“科技潮流”。因为有机太阳能电池稳定性差的问题尚未解决，我激励学生们研究下一波的低成本、易溶液加工及稳定的替代性材料来取代有机材料。我成立了一个研究课题小组，名字就叫做 Project-X，它的重点就是在于找出一个取代高分子的材料，它们必须要很稳定，同时也很低价地可以实现大面积的光伏特性。同年夏天，四名学生（William Hou, Vincent Tung, Peter Li，and Matt Allen）愿意接受这个挑战，他们四个人花了一个暑假的时间来研读各个地方的文章以及专利，过了这个暑假之后他们有一天四个人到我办公室里面跟我说找到了这个材料。他们向我 propose由铜铟镓硒（CIGS）组成的一个I-III-VI2复合半导体材料，有光伏材料合适的特性、可以溶液加工且稳定。发现CIGS光伏材料这个创举，是我在以无机材料为光伏材料基底的冒险开端，并且对于我之后的钙钛矿光伏材料（一种有机无机杂化的材料）的研究起到了相当重要的作用。另外一点我想和各位分享的是我不会以成败论英雄。举例而言，William他带领我的团队走出了一个新的方向，但是他博士期间的一作文章只有一两篇，而且还不是顶级的期刊，但是他的PhD committee依然grant 他博士学位，而且我也写了很强的介绍信。(我相信这个情况在国内是没办法授予博士学位的)因为他有这个领导能力，带领了一个团队，走出了一个我们研究课题组从来没有走出的方向，把我们的研究课题组从有机材料的方向，拓展到了无机材料的方向。虽然他并没有很强的文章，但是他的研究证明了他的能力。他后来拿到了IBM博士后研究员的offer，这是一个很不容易拿到的工作，也证明了他的能力被认可。但是他放弃了那个工作回到台湾加入了一家光伏企业公司。他后来做到了类似于科研副总裁的位置。我也请William回忆了一下，当初在我们课题组什么东西是最重要的。他说了下面一段话。”The most valuable and probably the most distinctive traits I’ve learned from Yang Yang lab is having a thinking-outside-the-box attitude followed by unmatched work ethics. Graduate students are, by nature competent individual with unsettling eager to make peace with our inquisitive mind. Thus, we are never short of research ideas. In fact, we have usually more ideas than we can handle, so it is very critical to evaluate ideas and focus on the ones that has a chance to lead to disruptive results instead of incremental improvements. This is what Dr. Yang always emphasize in our group to “think outside the box”. Either we aim for the first or we aim for the best. Furthermore, Dr. Yang also has an unique way to ingrain this notion in all of his students. I recalled one instance where a recently-joined student, Walker Li, was showing the illuminance result of his very first green polymer light-emitting diode that he ever made, and Dr. Yang responded “wow, amazing! 10 years ago, this intensity would’ve been world record!” This statement enforces Walker to always aim higher. Before graduating, Walker was heading the research effort in PLED in our group. （YY note: Dr. Walker Li is running a startup company in Taiwan now.）This think-outside-the-box mentality also needs to be combined with good work ethnics, and YY lab’s work ethic is unmatched. The person that exemplified this is Dr. Yang himself. He leads by example. I recalled one night in my first month joining the group. This was during the heydays of PLED research and every single one of our evaporators were working around the clock. As a rookie, I simply take which ever time that was open. For me that night was 2 a.m. in the morning. Shortly after finishing the electrode deposition for my devices, the lab phone rang! Thinking to myself “Is this a prank?” Hesitantly, I picked up the phone, and it was Dr. Yang. calling to check if everything is alright, and if there were sufficient nitrogen in the tanks for our glove boxes. Next day, I shared my experience with another graduate student, Elbert Wu under the impression that Dr. Yang was calling from his house. Elbert corrected me and told me with absolute confidence that Dr. Yang was calling from his office on campus. He then shared his experience that once Dr. Yang appeared in minutes after a phone call at 3 a.m. to switch the nitrogen tank with him. In case if you’re curious, Dr. Yang is usually the first person to arrive on campus in our group. His office hours usually start around 8 a.m. in the morning. This is to share a glimpse of his working hours.“除了“Think out of the box”，我也鼓励学生们在自己的兴趣及专业上，利用部分他们自己的时间，自己主导研究方向。(这有点类似于美国3M 公司鼓励员工利用15%的时间做他们自己有兴趣的事情。）我相信这样的模式，能最大程度建立信任、培养学生的研究责任感，能让学生们更有动力、更独立、也更有创造力。我举一个例子，是关于薛晶晶的科研。晶晶是南京大学化学系的高材生，她加入我课题组之前，擅长合成无机量子点。她加入我的课题组之后，很自然地就继续合成钙钛矿量子点。她认为，量子点的高表面积，有机会能够改变钙钛矿稳定性。这个理论是正确的，而且我知道她对这个方向很有兴趣，所以我也没有阻止她。直到两年之后，她来告诉我，量子点的工作无法继续走更远，因为效率上不去。于是我开始和她讨论她博士论文的大方向，因为她已经有了两年的经验，这个经验可以帮助他们做更好的决定。这个考量的重点不仅是 一个方向能否做出来，更多的是能不能结合她的兴趣，以及我们组里面的长处。最终，她选择了去做钙钛矿的界面研究，这个方向其实是她做量子点的一个换位思考：把量子点中的表面修饰，转而运用在钙钛矿薄膜和晶体上面。之后，她和王睿一起发表了著名的咖啡因钝化钙钛矿的文章，这篇文章受到了广泛的关注和报道{17}。后来，他们还趁我到西湖大学的时候，把这个研究工作从分子结构上进行了进一步系统研究，最终这个工作发表在Science杂志上{18}。后来我也询问过晶晶关于那段时间的回忆，也把她的感触记录下来：“杨老师始终鼓励我们去接触不同的领域，让自己的思维保持fresh而不是rigid。刚进组关于选课题，杨老师给我介绍了组里的几个大方向，然后让我自己选择自己感兴趣的，并且告诉我you can even go beyond them。这样的“极度自由选题模式”在对于当时的我来说是一个really hard time，但是回过头来看，正是因为这样的experience，我才有了去广泛涉猎并独立思考的机会，接触不同的领域，成功也好碰壁也好，在这样的过程中pickup属于自己的金子。也正是因为这样，我博士毕业之后才愿意走出自己在perovskite的舒适区sweet zone，去接触一个完全不同的biomedical的领域。”找到学生可以发挥长处的“亮点”（spark）是一件最重要的事情。比如对于某些想开公司的学生，我甚至会鼓励他们在未来把我们的技术做转化，当学生知道他们的未来是如此的 unlimited，他们就会拼命地往前，发挥他们的潜力。当然，发现学生的长处并找到一个他们可以发挥的课题，这个过程并非一朝一夕，作为老师我们要有耐心。我个人认为两年是保守的估计（因为学生第一年要修基本课程）。拿William的例子来说，我知道他是一个基础扎实，十分有能力的学生，伯克利大学本科毕业的学生基础是很solid的。但是一开始，他在实验室里只是做一些不起眼的工作，并没有发挥出他的长处。在这个情况下，我知道他和我都是处于一种很无奈的状况，他有志难伸，我是爱莫能助。这个时候作为老师，我并没有放弃，而是不断地思考和观察。有一天我告诉他应该寻找一个新的研究计划，这个计划将超出我现在课题组所做的方向以及内容。就这样，我对他委以重任，成为了Project-X的负责人，负责寻找我们课题组的新型无机半导体材料。那个时刻，我知道我找到了William 的那个“亮点” – to go beyond the YY Lab。从此他和他的研究小组就像老鹰一样展翅翱翔，由于Project-X, 我们迈入了无机半导体(CIGS)的方向， 后来这个方向帮我们开启了钙钛矿半导体的研究。而我们的课题组一直到今天都仍受益于他当初开拓的新方向。我们课题组的另外一个特色是，经过训练出去的学生，都有着相当强的独立性。我训练学生们必须要能够自己想出新的点子，写文章，发表在一流期刊。甚至于必须要能够写出简单的研究计划，去和政府单位拿基金，以及做很好的 presentation。同时我也要求学生一定要做TA，因为TA是训练一个人和别人沟通的最好方法。特别是将来要做老师的人，或者是想要自己成立初创公司的人，都需要有这种能够说服别人的能力，所以TA是一个很好的训练。我举一个例子，关于周欢萍和陈棋两位博士后研究员。他们两位有一天和我建议应该把我们CIGS的方向扩展到钙钛矿光伏材料。虽然先前没有任何钙钛矿光伏的研究经验，但是他们两位愿意挑起这个重任，带领一帮研究生一起做。对于他们的建议，我很开心，因为我认为当你相信学生，并鼓励他们担大任的时候，他们的表现往往会超出预期。在2014到2016的三年时间里，我的团队发表了31篇与钙钛矿光伏相关的论文，其中有一半是由周欢萍和陈棋两位共同以第一作者发表刊登在Science、Nature Nanotechnology[13,14]等期刊上。周欢萍现在是北京大学的教授，陈棋是北京理工大学的教授。后来他们结成连理，这也算是我们研究课题组的一段佳话。我还记得当第一次见到周欢萍的时候我问她未来的抱负是什么，她说将来希望能够回到北大去做一名小老板。我那时候还听不懂什么叫“小老板”。后来我知道什么叫做小老板之后，我不客气的把她说了一顿，我说从我课题组训练出去的人，将来都是相当独立并且能挑大梁的人，所以以后“小老板”三个字就不准提了。我必须坦白的说，她后来的表现远超出我的期望。我觉得我们引导学生脚踏实地一步步去做的同时，相信他们，培养他们独立的意识，给他们一个大的抱负或愿景（画一个大饼），他们就会拼命地去追求。当学生的表现远超出他们当初对自己的期望时，就成就了伯乐识千里马的佳话。与此同时，观察学生成长以及事业上的成功，也是我们当老师的一大乐趣。当然这其中最重要的是师生之间的一种相互信赖（trust）以及建立起来的默契。值得一提的是我们课题组出去的几位博士，后来都成了国内的知名教授，周欢萍（北大），陈棋（北理工），游经碧（科学院），杨旸（浙大）。他们几位为中国的钙钛矿领域做出了重要的贡献。2013年，我们开始研究钙钛矿太阳能电池（perovskite-based photovoltaics），并且在2018年被Thomson Reuters评选为此领域排名前十名的研究团队。同样的，我们在钙钛矿光伏领域也持有多个高能量转换效率（PCE）的纪录，包括2014年的19.3%单层钙钛矿太阳能电池（未认证，发表在Science期刊）[13]。最近，我们制备了CIGS与钙钛矿的串联太阳能电池，得到了22.43%的高效率（已由NREL认证，也是发表在Science magazine，2019）[15]。2018年于UCLA材料系大楼外，我与研究团队成员们的合影。以上所列的就是我在加州大学23年的经验的总和，虽然它们时间上有先后的区别，但是运用起来都是交叉的使用。每一个学生都是有不同的背景，以及不同的人格特征，我们当老师的自然要因材施教，所以这些原则的运用在乎一心。原则就是我们希望能够教育出人才，将来是社会上的栋梁，将来能够替这个社会有重大的贡献。自1997年在UCLA担任教职起，我指导了48左右位博士生、55左右位博士后研究员完成研究。在这些学生之中，大约40名拿到终身教职或成为终身职候选人。例如黄劲松教授（Jinsong Huang，应用物理科学系，北卡罗来纳大学教堂山分校）、窦乐添教授（Letian Dou，化学工程学院, 普渡大学）, 姚彦教授（Yan Yao, 材料学院，休斯敦大学）， 周欢萍教授（Huanping Zhou，材料科学与工程学系，北京大学）及游经碧教授（Jingbi You，中国科学院半导体研究所）， Vincent Tung （King Abdullah University of Science and Technology，KAUST）, 杨旸（Yang Yang, 浙江大学）都是我的研究团队培育的校友。现在我们回顾2003年那个在加州政府的30,000美金的研究申请计划，那位评审他支持我们拿到这笔经费，来证明他的观点是错误的，我希望在17年之后(2020)的今天，这位评委应该可以很高兴的说，当年30,000美元的投资真的是没有白费。作为在有机及钙钛矿光伏领域的一位科学家，我发表了超过400篇经同行评审的论文、超过80项正在申请或已授权的专利，及超过200次的大会或邀请报告。截至2020年11月，我的H-index指数为156。2016年，我被路透社Thomson Reuters评选为全球最具影响力科学家[16]之一。当年30,000美金的支持，换得今天遍地开花的成果，我相信，这也是当初那位评审可能没有料到的。我是一个一次只能专注于一件事情上的人 （a one-thing man）。我曾经很羡慕我有些同事，他们可以又做科研又开公司甚至于有些人还做行政，可是我只能在我的一亩三分地上专心地耕耘。但也正因如此，我才能够把时间和精力都放到学生身上，去了解他们的长处和短板，去引导他们发挥优势，找到适合的研究方向，去鼓励他们dream big，不被眼前限制。我在过去20多年观察到的现象是：当我们把学生当人才来栽培，激发他们内心的潜力，学生将来很有可能就是千里马；当我们把学生当劳动力来使唤，学生将来就是个劳动力（labor）。还有一点很重要的，就是我很相信学生，并且引导他们把心里的真实想法表达出来了，老师和学生形成互相信任。去发现学生的长处，帮他们描绘一个大的目标，鼓励他们去挑战自己，最后让他们取得令人瞩目的表现。另外提一句话关于教授创业。我在加州大学的23年期间，我们的科技发明促成了五间新创公司的成立。很遗憾的是大部分初创公司都没有最终获得商业上的成功。但是他们的经费支持了我们的研究，造就了我们的学生成为社会未来的栋梁，学生后来也会成立新的公司以及其他商业的行动，这个影响是巨大的。这也就是我认为，当一个教授最重要的是教育，教出下一代的人才。至于技术的转化能不能成功，就让其他专业人士来操心吧。
杨阳老师课题组网页
https://yylab.seas.ucla.edu/
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