茅野:定位“核心”，全力以赴。
同年，还在美国密执安大学攻读博士的茅野开始在导师的推荐下独立负责一门研究生课程，讲授芯片集成纳米制造技术。看着教室里不同肤色、不同国家的学生，我觉得那个站在讲台上讲授芯片集成纳米制造技术的茅野越来越不讨人喜欢了。在密歇根州的雪夜中，一个想法出现在他的脑海里:“也许我可以做点什么。”
当这种想法越来越多的出现时，茅野开始准备回国。“我在想，既然我已经掌握了芯片集成纳米制造的技术，为什么还要留在美国告诉留学生？我应该回国，把这些知识告诉国内的学生。”几经辗转，茅野于2020年正式加入北航。
倒春寒，市场需求，政策加持，科研创新...在“中国芯”迎来绝地反击的“春天”，茅野蓄势待发，奔向更多可能。
即使已经步入三十而立，茅野依然保持着他最初的纯粹:无所畏惧，不屈不挠；跟随你的心，顺其自然。
2007年，茅野被华中科技大学材料科学与工程学院录取。在大学期间，茅野不是一个特别勤奋和“听话”的学生。他学习的动力大部分来自他的兴趣，他做任何他喜欢的事情。有一天，他突然有了“出国看看”的想法，于是准备出国考试(托福和GRE)，拿到了奖学金，去密歇根大学读机械工程硕士。
茅野的硕士生导师是印度人，在密执安大学有着举足轻重的影响力和地位。当茅野来到他家时，他得到了一份研究工作，这样他就可以免学费，还能拿到作为研究助理的薪水，这是很好的待遇。茅野问他的导师:“我的成绩不是最好的，我的简历也不是最漂亮的。为什么给我这么好的待遇？”
茅野的导师回答说，因为他认为茅野在这项研究上有自己的想法。在去美国之前，茅野和他的导师进行了一些交流。在交流过程中，他对一些研究问题给出了多种解决方案，给导师留下了深刻的印象。“他觉得这是我的一大亮点。”茅野跟随硕士生导师从事纳米生物材料仿生骨支架的相关工作，并取得了一系列成果。
2014，茅野原本打算硕士毕业后直接工作。他坦言:“读博士对我来说，其实是一件很偶然的事情。”那时候，茅野刚刚找到工作，在一次学术报告中偶然遇到了刚来密歇根大学工作的Yasha Yi教授。通过交流，两人碰撞出了很多新的想法，然后他的博士生导师对他说:“我们或许可以实现它们(这些想法)。”就这样，茅野放弃了工作机会，选择继续在密歇根大学攻读电子和计算机工程博士学位。
茅野的主要研究方向是芯片集成光电器件和芯片集成纳米制造技术。简单来说，后者是为前者服务的。为了制造芯片集成的光电子器件，往往需要花费大量的时间和精力在芯片集成的纳米制造技术上。从2014开始，茅野进入美国大型芯片集成实验室Lurie纳米制造设施，研究基于硅基材料的纳米制造和芯片集成技术，并在后续的研究工作中逐渐掌握了这项技术。
留学期间，茅野在可见光波段的光学超结构和透镜、医用闪烁体的光学抓取纳米结构、芯片集成激光雷达光学相控阵(OPA)器件等方面进行了深入系统的研究，取得了一些国际领先的成果。
茅野开发了基于高折射率富硅氮化硅的超结构透镜设计制造工艺系统，突破了抗刻蚀延迟的超结构透镜和非色散超结构透镜的设计技术，解决了可见光波段光学超结构表面和超结构透镜制造成本高、色散大等难点，开发了基于可见光波段的光栅结构超结构透镜、线偏振超结构透镜和聚焦结构超结构透镜等集成光子器件。他开发了可以用作医用闪烁体材料的抓光纳米结构，极大地提高了传统医用闪烁体的发光效率。针对芯片集成激光雷达中的核心偏振组件，他提出了一种基于光学相位矩阵(OPA)和光学超结构表面相结合的非机械可控偏振方案，可以大大降低激光雷达的体积、重量和成本。相关成果在该领域知名学术期刊发表论文20余篇，授权国际专利1项。
其中，茅野开发的设计聚焦结构的光学方法被世界著名科技评论《麻省理工科技评论》报道，并指出该技术在未来芯片光刻行业具有重要的应用前景(文章标题为《为什么metalens即将革新芯片制造》)。
在国外学习和研究多年，茅野和导师的关系更像是朋友和伙伴，一直维持到现在。茅野说，他和他的博士生导师都是非常理想主义的人，总是认为他们可以做出一些改变世界的事情。所以他们的研究非常务实，往往会考虑一些前沿技术在工业上大规模应用的可行性。例如，在开发尖端超级透镜时，他们应该研究如何降低成本，以实现批量生产。
在与导师和其他老师的不断交流中，茅野对这一价值认知越来越坚定:取得好成绩不是为了发表论文，不是为了名利，而是为了改善人们的生活，让世界变得更美好。“我们一直朝着这个目标前进。我们做出成绩的时候，往往第一时间就想到了。这能应用吗？与同行业相比，有哪些优势？我们研究的最终目的必须是让科研成果造福人类，造福世界。”茅野说。
就像一次修行一样，茅野在美国不断学习知识，增长见识，提高能力，很快成长为芯片制造业知名的青年学者。他说:“开发芯片集成纳米制造工艺非常费力，但当你亲自制造40纳米和20纳米的结构和器件时，你知道芯片制造工艺的每一个细节，这是非常宝贵的经验。现在回想起来，这是我在美国最大的收获之一。”
即使在国外打下了自己的一片天地，茅野回国上任之路依然并不平坦。
在美国呆了7年多，茅野在国内学术界一个人都不认识，只能在网上搜索工作和简历。幸运的是，当时许多国内学校都有海外青年论坛，一些高校也热情地向茅野发出邀请。于是，在2018短暂的圣诞假期，他回国了，一次去了四所大学。然而，这并不是一次成功的旅程。相比茅野制作的一些纳米制造技术和器件成果，他当时遇到的老师似乎对他简历上论文的影响因子更感兴趣。那年冬天，他第一次知道有纸隔断这种东西。
茅野还被建议在回国就业之前，在一些高影响力的期刊上发表几篇论文。经过思考，茅野拒绝了。“我也许能做到这一点，但这不是我做研究的初心。研究成果的价值在于能否推动其所在领域的进步。我觉得真正能解决问题，真正能应用的研究才是好的研究。”即使2018的短暂回归一无所获，茅野依然坚持回国的想法。博士毕业后继续做了一年博士后研究，完成了之前未完成的工作，2019年底回国。
这一次，遇到了一位理解他的“伯乐”——方院士。经过一番深入交流，方院士对他说:“你的研究做得很好，我们非常需要像你这样的芯片集成光电器件和纳米制造技术方面的人才。相比论文，我们更注重能应用于实践、能解决问题、能真正有用、好用的成果。”就这样，茅野以副研究员的身份加入了北航。
“做研究，需要找志同道合的人。我和方院士的想法一样，就是要做出实用有用的东西。比起发表文章，我们更关心的是能不能把芯片集成业务做起来，在自己的领域做出中国自己的芯片并投入产业化，改变芯片行业的格局，让中国的芯片业务赶上甚至赶超美国。”茅野说。
与芯片设计相比，芯片制造是制约我国芯片集成发展的关键“短板”。如何将光电子器件芯片化，做得这么小，同时降低成本，功能完善，性能好，成品率高，这是一个大问题，茅野回来就是为了解决这个问题。
基于在芯片集成光电器件领域多年的研究和积累，面对国内关键测量导航仪器的发展需求，茅野回国后立即开始了芯片集成量子精密测量器件的理论方法和制造技术研究，主要包括芯片集成原子磁力计、芯片集成原子陀螺仪、功能光学超结构表面技术、面向商用的平面集成光学超结构透镜等。，致力于为中国在短时间内突破核心关键光电芯片技术提供强有力的技术支持。同时，茅野也依托国家重大科研项目的开展，开展了相关的平台建设和教学工作。
从事科学研究多年，茅野很少有负面情绪。回顾自己的历程，他说:“有问题就去解决。其实我没有那么多时间和精力去解决感情的事情。”
我在美国的时候，茅野的团队虽然资源很多，但是团队里人很少，只有他和他弟弟两个博士。那些年，是他们两个完成了一项又一项的科研。在芯片集成光电子器件的制造过程中会出现各种问题。然而，茅野和他的弟弟没有抱怨，只是埋头工作，最终以严格的工程指标完成了多项科研任务。“其实我们并不觉得很累，就是一方面有计划的做研究，另一方面换个角度思考，多尝试。我们没有时间去想:这个这么难，做不到怎么办？换句话说，这个太难做了。这是不可能的。既然已经开始做了，就要去做，并且做好。”
当他回到中国时，尽管起初他并不被认可，但茅野从未想过放弃。他想的是:任何问题都可以解决。只要我做出成果，用起来，总有一天会有人认可的。正是这种乐观顽强的精神造就了现在的茅野。
基于原子自旋自由交换弛豫(SERF)效应的原子磁力仪是目前最精确的磁场测量传感器，其理论精度可以达到亚feit级。它是目前战略磁测量和医用生物磁测量设备中的核心器件。基于芯片的原子磁强计将大大缩小目前的器件体积(从传统的厘米级缩小到毫米级甚至微米级)，降低功耗和成本，是未来高精度、小型化、阵列化量子磁传感器件的必由之路。微型量子导航系统、微型深海潜器系统、高分辨率脑磁成像装置和活体介入式生物磁测量设备等多种军事和医疗设备对原子磁力仪芯片提出了迫切需求。
2065438+2004年，桑迪亚国家实验室得到了美国国立卫生研究院(NIH)和美国核安全部(DOE-NNSA)的支持，开始了微芯片SERF原子磁力仪阵列(OPM)样机的研制工作。此外，美国国家标准和技术研究所(NIST)得到了美国战略环境和发展研究计划的资助。近年来，开发了适用于芯片集成制造方法的垂直键合原子磁力仪样机，并率先启动了芯片集成原子磁力仪的研究。同时，我国在“十五”计划中明确提出了对芯片集成量子精密测量器件的迫切需求。芯片化原子磁力仪的核心是解决芯片集成原子磁力仪中的光子学控制和耦合问题，是微纳光子学、芯片集成纳米制造和量子精密测量的交叉学科问题。
为了解决这一技术难题，茅野申请了自然科学基金青年科学基金项目“芯片原子磁力仪中集成光子操纵与耦合研究”。在项目研究中，他将探索芯片级微型原子磁强计中的精密光学操控方法和光学/量子耦合机制，并在此基础上，为芯片级原子磁强计开发一体化的光子操控和耦合方案。最后，他将与微原子系综开展集成光/量子耦合极弱磁测量实验，为芯片级集成原子磁力仪从无到有的突破奠定基础。
解决芯片集成原子磁力仪中的光子操纵和耦合问题，是突破现有瓶颈，发展高精度、阵列式、集成化精密量子测量系统的第一步，也是实现国家“十五”提出的高分辨率脑磁成像、深海/深地磁探测和芯片化量子测量系统迫切需要解决的核心问题。
在更贴近人们生活的应用方面，茅野也提到:“比如我们的手机有陀螺仪传感器。虽然对于人的生活来说已经足够了，但是还没有达到理想的状态。如果把量子陀螺仪做成芯片，手机的导航定位会更加灵敏准确。目前大部分自动驾驶系统都依赖激光雷达作为核心测距传感器，但目前的雷达还是比较大，只能放在车顶。如果是微芯片，不仅可以缩小体积，更重要的是降低成本，让一辆车可以安装不同维度的多芯片集成激光雷达扫描，从而让自动驾驶更加精确和安全。”
目前，相关工作正在有序开展。茅野说，饭要一点一点吃，路要一步一步走。制造中国自己的芯片不是一蹴而就的，但他愿意为这个目标不懈努力。
此外，茅野致力于以美国顶级芯片集成超净室实验室劳里纳米加工技术实验室为模板，打造芯片集成超净室实验室体系。芯片集成洁净室实验室是微结构和微系统的重要实验制造平台，对未来的电子、电气、机械、材料、生物、光学等整个学科可以起到重要的支撑作用。但平台的建设是一个长期的工程，初期目标是建设百级超净室和气体净化内循环系统、人员管理和使用系统。五年的预期目标是在实验室制造出超过目前国内工业芯片精度的纳米结构。
“回国后，我发现国产芯片的发展已经很热了。像雨后春笋一样，许多制造芯片的实验室也建立了起来。但相对而言，国内缺乏设备调试、维护、工艺开发方面的专业人才。”虽然实验室的建设已经提上日程，但在之前的研究中，茅野提出暂时使用国内建设的公共纳米制造平台。他说:“因为国家花了很多钱建设芯片制造实验室，我们应该充分利用它们。相比欧美一些成熟的实验室，他们可能工艺积累不够，但是设备还是很不错的。我们可以合作，利用海外工艺经验开展研究，共同攻关，提高精度，实现利益最大化。”
同时，茅野也表示，要实现技术的自主可控，建立自己的实验室肯定是必要的，但在此之前，首先要培养或引进一批相关人才，然后构建成熟的人才储备和管理体系，更好地帮助实验平台的建设。
在北京航空航天大学，茅野计划开设一门关于芯片集成纳米制造的英语课程。目前这门课程在国内学校比较少见，即使在美国，也只有少数条件比较优秀的大学开设。然而，整个行业的电子和光学器件的趋势是向小型化发展，因此芯片集成纳米制造技术不仅用于制造芯片，而且是制造具有多种功能的新型纳米结构/器件的唯一途径。这项技术在未来一定会越来越普及。凭借在美国教授这门课程的经验，茅野希望通过开设这门课程，让国内学生更多地了解这项技术，为中国培养更多芯片集成纳米制造方面的人才。
茅野对他的学生有自己的要求和期望。第一，他要学生有一颗坚强的心，不要因为研究工作的艰难而回避甚至放弃，要有一种不屈不挠的精神；第二，他希望学生能让研究过程更快乐，享受科研过程。“经验是最宝贵的财富。即使最后没有做到，在过程中也积累了很多宝贵的经验。不去尝试和探索，怎么能获得经验呢？我还是那句话。有问题就去解决问题，不要逃避，不要放弃，要有精神去做。”
打篮球，学吉他，用短视频练出一手好厨艺……工作之余茅野也过得很认真。无论是工作还是生活，他都保持着自己的步伐，不骄不躁。对于未来，茅野不做太多的假设，他也不会因为未知而焦虑。对他来说，唯一明确要做的就是把握当下，努力工作，全心全意投入到自己热爱的科研中去。