採訪 / 許至雅 (科學推展中心執行編輯)．撰稿 / 鄭懋奇 (科學推展中心特約編輯)

審訂 /  呂宥蓉 副研究員（中研院應用科學中心、國立臺灣大學應用物理所）

　　《哈利波特》中的隱形斗篷，原來可用物理概念解釋；隱形效果源自「控制光，讓它繞過物體再繼續往前走。」而奈米光學就是利用奈米尺度的結構，決定光要怎麼傳播、怎麼被集中與引導。鑽研奈米光學與電漿子多年，呂宥蓉著迷於光、以及承載光的材料。她以米其林料理和拓荒比喻研究過程——先摸透材料的特性，再從習以為常的選項裡，找出過去被忽略的可能。帶著拓荒者的冒險精神，與《禮記》「知止而後有定」的篤定，呂宥蓉的研究腳步不停歇，持續將臺灣的奈米光電推向國際。

從一個問題開始，踏入光學大門
　　回顧自己研究的起點，呂宥蓉說一切都從一個單純的問題開始：「光，能不能被控制在比它原本的波長還要更小的空間裡？」這個疑問在研究所時期獲得答案，她在奈米雷射研究中發現——當材料被做到奈米尺度，光與物質之間的交互作用會增強，甚至能突破傳統光學的繞射極限。那一刻，她確定了自己想長期投入的方向。
　　呂宥蓉的研究主軸，可以用一句話概括：在奈米尺度下操控光，利用奈米共振結構提升光與物質的交互作用，進一步發展低功耗、節能的光電半導體元件。在人工智慧與高速運算的時代，元件不能只追求更小、更快，更必須省電。她利用表面電漿子共振、超穎介面等技術，把原本分散的光場集中到極小的空間，產生強大的光電反應；這對光偵測器、發光元件，乃至未來的晶片來說都很重要。

材料裡拓荒，像主廚摸食材
　　光有好的結構還不夠，材料本身同樣關鍵。「我們的工作就像米其林主廚，要先有好的食材、了解它的特性，才知道該怎麼料理。」呂宥蓉給了一個很生動的比喻。以發展低功耗光電、感測、量子跟能源為目標，她和團隊探索新型的陶瓷電漿子材料，主要是過渡金屬氮化物，例如氮化鈦、氮化鉿。這些材料不只具備電漿子特性，還耐高溫、能導電、與 CMOS 半導體製程相容，部分材料在低溫下甚至能進入超導態。「我們做的不只是拿一個材料來做元件，而是像拓荒者一樣，去探索一個材料到底還藏著哪些以前沒人注意到的功能。」呂宥蓉表示。

　　「超導單光子偵測器」是呂宥蓉團隊的成果之一，能偵測到單一顆光子。為了提高速度，元件越做越小，吸收光的能力卻明顯下降。團隊因此引入隙電漿子共振概念，用奈米結構把光集中到極小空間，送到超導材料最需要吸收的位置，大幅增強兩者之間的交互作用，最終成功開發出一款在約 9 K 低溫下、就能偵測可見光單一光子訊號的偵測器，未來有機會應用於量子通訊、量子計算與生醫感測——這，就是拓荒。

光學材料成閘極，氮化鉿的多重身分
　　呂宥蓉手把手指導的第一位博士生彭梓育，今年於《Nature Photonics》發表的研究也是他們「拓荒」的成果。氮化鉿原本只是被作為光學材料使用，因具有高導電、功函數可調、表面原子等級平坦等特性，讓團隊開始思考：有沒有可能直接把它當成二維半導體元件的導電閘極？與東京大學 Vincent Tung（童俊智）教授團隊的合作，讓這個假設順利被推進。
　　該團隊擅長大面積、單晶單層二維半導體材料的成長。將材料整合後，團隊發現氮化鉿不僅能穩定施加電壓，其適切的功函數與能帶排列，更能有效促進界面載子累積，進而大量生成對外加電場極為敏感的「三激子」（trion，即帶電激子）。這項突破使得二維材料元件在室溫下的閘極發光調控效率，達到傳統矽閘極的五倍，且能在大面積中穩定操作。團隊更進一步結合表面電漿子共振腔，大幅增強光與三激子的交互作用，讓發光效率再上一個量級。

三位恩師，三件受用一生的事
　　呂宥蓉是本土博士，回顧歷程，她特別感謝三位恩師的啟發，教會她「勇敢探索、重視人才、走向國際」。他們分別是她在清大唸物理所的指導教授果尚志，在加州理工學院博士後階段的指導教授 Harry Atwater，和中研院前應科中心的主任蔡定平。果尚志教授帶她走進材料與奈米光學的世界，兩人還曾一同發表了當時世界紀錄最小的半導體奈米雷射，成果登上國際期刊《Science》。
　　在果老師的鼓勵下，呂宥蓉跨出舒適圈、嘗試申請國科會的千里馬計畫，因此有了後來在美國加州理工學院擔任博士後的際遇。加州理工的指導教授 Harry Atwater，則在她準備回台灣成立實驗室時曾提醒她：建一間實驗室，最值得投資的是「人」。「這句話我一直記到現在」呂宥蓉說，儀器決定你能做什麼，但人才決定你能走多遠。
　　「一個研究者除了把研究做好，也要建立自己的國際辨識度。」這是中研院前應科中心主任蔡定平讓她明白的事。呂宥蓉在今年獲頒國際光電工程學會（SPIE）會士的殊榮；她之所以積極參與 SPIE、OPTICA、MRS 等國際學會，打造自己的 LU Lab 研究品牌，都受蔡定平老師影響。

跨域如拼圖，落地靠人才
　　在呂宥蓉看來，現在重要的研究，幾乎沒有一個實驗室能獨力完成。她常把跨領域合作想像成一幅拼圖——每個團隊都有自己最擅長、也最關鍵的那一塊。除了與東京大學的合作，她也與台大化工系闕居振老師攜手，用對方在鈣鈦礦材料設計上的專長，加上自己團隊發展的 high-Q 電漿子表面晶格共振結構，讓準二維鈣鈦礦奈米雷射得以在室溫、大氣環境下穩定運作。成果登上國際期刊《Science Advances》。

　　此外，與台大物理系梁啟德老師合作，則利用隙電漿子增強交互作用，發展出可偵測可見光單光子的超導光偵測器，把奈米光學與超導物理結合，開拓量子光電領域的新可能。呂宥蓉對跨域合作的想法是：「不是大家都會同一件事，而是每個人把自己最擅長的部分做到最好，再把這些能力接起來。」她也認為，很多突破往往就發生在不同領域交界處。
　　說起研究如何落地？她的看法是，基礎研究要走向產業，重要的不只是技術，還有人才。因為從材料成長、奈米製程、光學量測到半導體整合，每一個環節都需要能跨領域溝通的人。為了讓學生更早接觸真實的半導體問題，她加入台大台積電聯合研發中心的計畫。對她來說，把一項技術做成元件的同時，也需要把人才一起培養起來，研究才能走得長、走得遠。

學會質疑，也學會安定
　　面對奈米科技、量子科技與 AI 快速發展的時代，呂宥蓉建議學生不能只有「知道多少」的能力，應具備判斷的能力。她指出，如今 AI 能輕易幫人蒐集資料、整理文獻，甚至給出一個看似完整的答案；因此更重要的是判斷答案對錯、來源可信度、數據合理性的能力。「科學訓練最珍貴的地方，就是教我們不要只接受答案，而是學會驗證答案。」她期待學生有勇氣質疑，質疑老師、質疑論文，甚至質疑自己原本的假設；從一個知識的吸收者，成長為知識的創造者。
　　今年獲頒吳大猷先生紀念獎，呂宥蓉感謝師長、同事、學生與家人，以及中研院、國科會計畫長期支持。她認為這並非個人榮譽，而是一路走來許多人共同累積的成果。她也特別提及自己跌跌撞撞、卻始終沒有放棄的過程，語帶感性地說：「那些挫折在當下都很辛苦，但現在回頭看，正是這些經驗，讓我更清楚自己真正想做的事，也學會在失敗之後重新整理、再繼續往前走。」
　　《禮記》：「知止而後有定，定而後能靜，靜而後能安，安而後能慮，慮而後能得。」是她迷惘或焦慮時的定心丸。藉此提醒自己不要急著往前衝，先找回核心的目標與價值，讓心安定下來，才能有清晰的思慮去解決難題。這位在光電領域拓荒的研究者，最終許下的願望樸實而堅定——把真正重要的問題做得更深，把人才培養好，也讓台灣的奈米光電，有一天能被世界更多人看見。