彼得·诺德兰德的自传

《The Journal of Physical Chemistry C》：Autobiography of Peter Nordlander

金属纳米壳光学性质理论研究及产业化应用

　　在科学探索的道路上，个人经历往往与学术研究的演进紧密相连。本文通过讲述一位科学家的成长历程，展现了他如何从早期的理论物理学习逐渐转向实验物理，并最终在纳米光子学和等离子体光催化领域取得突破。这一过程不仅体现了他对科学的热爱和执着，也反映了他在不同研究阶段中所面临的挑战与机遇。

在成长的早期阶段，这位科学家受到父亲的影响，对理论物理产生了浓厚的兴趣。父亲是一位数学教授，同时也热爱理论物理，他不仅在日常生活中向孩子讲解物理现象，还通过引导思考的方式激发了孩子对科学的探索欲望。这种教育方式为他日后深入科学研究奠定了坚实的基础。他的父亲虽然没有直接从事物理研究，但通过言传身教，将科学精神和思维方式传递给了下一代。这种影响贯穿了他的整个学术生涯，使他在面对复杂问题时能够保持清晰的逻辑思维和独立的科研判断力。

进入大学后，他选择了工程物理专业，这为他后续的跨学科研究提供了重要基础。在学习过程中，他参与了“Exjobb”项目，这是一个结合理论与实践的研究项目。在该项目中，他与教授G?ran Grimvall合作，研究了电子-声子耦合这一重要课题。这个经历不仅让他对表面物理产生了兴趣，也为他后来选择攻读理论物理博士学位埋下了伏笔。他的导师Stig Lundqvist和Bengt Lundqvist都是当时瑞典物理学界的佼佼者，他们的指导和科研氛围使他能够接触到许多前沿课题，同时积累了丰富的科研经验。

在博士阶段，他选择前往美国的IBM和贝尔实验室进行研究。这一阶段的科研经历让他深刻体会到理论物理与实验物理结合的重要性。他与John Tully的合作尤为关键，Tully教授引导他使用复杂缩放方法研究原子在金属表面的能级位移和展宽问题。这一方法在当时是一项具有挑战性的计算任务，因为需要处理复杂的非微扰相互作用。通过这一研究，他不仅掌握了先进的计算方法，还建立了对电子-表面相互作用的深刻理解。

在博士后期，他开始探索更广泛的科研领域，包括金属簇的电子结构、纳米结构的光学特性以及等离子体与化学反应的相互作用。这些研究使他逐渐从纯理论物理转向更注重应用的领域。在2000年左右，他与妻子Naomi Halas共同研究了纳米壳的光学特性，并提出了“等离子体杂化”理论，这一理论在当时具有划时代的意义。通过这一理论，他们揭示了纳米壳中不同等离子体模式之间的相互作用机制，为后续的纳米光子学研究奠定了基础。

随着研究的深入，他逐渐意识到等离子体激发的热电子在化学反应中的巨大潜力。这一想法源于他早期在表面科学中的研究经历，当时他与John Harris合作探讨了氢分子在金属表面的吸附和解离机制。在后来的研究中，他与Naomi共同开发了“天线-反应器”概念，即将等离子体天线与化学反应器结合，通过等离子体激发的热电子实现高效的光催化反应。这一研究方向在2016年取得了重大突破，实现了室温下氢分子的高效解离，这一成果在《Nano Letters》上发表后引起了广泛关注。

为了进一步提升催化效率，他们不断优化“天线-反应器”设计，从最初的过渡金属反应器发展到金属氧化物反应器，并最终引入二维材料作为反应器。这一系列研究不仅提高了光催化反应的效率，还拓宽了应用范围，涵盖了从氨分解到甲烷重整再到可持续航空燃料等多个领域。这些成果表明，等离子体光催化技术在工业应用中具有广阔前景。

在科研的过程中，他始终重视与实验团队的合作。与Naomi的团队共同开发了基于纳米结构的光催化装置，这一合作模式极大地推动了理论与实验的相互促进。同时，他也与多位国际知名科学家建立了长期合作关系，如Javier Aizpurua、Alejandro Manjavacas、Stephan Link和Christy Landes等。这些合作不仅提升了研究的深度，也促进了跨学科交流，使他的研究在国际上获得了高度认可。

除了科研，他还在学术教育和科研管理方面发挥了重要作用。在Rice University，他与Naomi共同创立了纳米光子学实验室（LANP），这一实验室迅速发展成为全球领先的科研中心之一。实验室成员超过60人，定期举办学术海报展示活动，为年轻科研人员提供了良好的交流平台。通过这一平台，他不仅培养了多位优秀的科研人才，也推动了纳米光子学领域的快速发展。

在个人生活方面，他与Naomi Halas的婚姻也是一段充满科学精神的旅程。他们最初决定避免直接合作，以保持家庭与科研的平衡。然而，随着研究的深入，他们逐渐意识到彼此在科研中的互补性。Naomi的实验工作为他的理论研究提供了实际验证的平台，而他的理论模型则帮助她更好地理解和优化实验装置。两人在科研和生活中的默契配合，使得他们的合作既高效又和谐。

此外，他还积极参与国际学术交流，与来自中国、西班牙等国家的科学家建立了长期合作关系。这些合作不仅拓展了他的研究视野，也推动了全球范围内的科研合作。例如，他与Shiwu Gao和Hongxing Xu在纳米光子学和等离子体诱导传输方面的合作，以及与Javier Garcia de Abajo和Alejandro Manjavacas在量子等离子体学方面的研究，都体现了他广泛的国际学术网络和对跨学科合作的重视。

在科研之外，他还关注社会影响和可持续发展。他参与的等离子体光催化研究不仅在实验室中取得了成功，还通过与Baker Hughes等公司的合作实现了商业化应用。Syzygy Plasmonics这一初创公司成功将等离子体光催化技术应用于工业生产，特别是在氢气生产和可持续能源开发方面取得了显著成果。这一过程表明，科学研究不仅应关注理论突破，还应注重实际应用和对社会的贡献。

总的来说，这位科学家的学术生涯是一个不断探索、不断突破的过程。他从早期的理论物理研究出发，逐步转向实验物理和应用科学，并在纳米光子学和等离子体光催化领域取得了重大成就。他的研究不仅推动了基础科学的发展，也为工业应用提供了新的思路和方法。他的经历也表明，科学研究需要理论与实验的结合，同时也要注重跨学科合作和国际交流。这些因素共同促成了他在科学领域的成功，并为未来的科研发展提供了宝贵的经验。