周美吟 ─ 雲淡風清怡然自律的物理學家

摘錄自遠見出版《她們，好厲害》一書

「台灣傑出女科學家獎」傑出獎第六屆得主

一九八○年畢業於台灣大學物理系，而後陸續於美國加州柏克萊大學物理系取得碩士與博士學位的周美吟，曾獲得美國國家科學基金會的「總統年輕學者獎」，曾在二○○八年擔任美國物理學會計算物理分部主席。對於周美吟，中央研究院原子與分子科學研究所研究員魏金明笑稱，請到仍在「上坡期」的周美吟來當所長，原分所「賺到了」。

諾貝爾獎得主李遠哲有個老闆？這話聽來不可思議，「他不是中央研究院院長嗎？」
自從李遠哲二○○六年卸任中研院院長後，他就回到自己一手推動創立的中研院原子與分子科學研究所研究崗位，而在任的原分所所長，自然是「李遠哲的老闆」。

二○一一年，李遠哲邀請當時擔任美國喬治亞理工學院物理系主任的周美吟，回台灣擔任原分所所長。四十七年次的她，也是中研院第一位數理科學組的女性所長，這讓李遠哲得意得不得了。

「二○一一年，中研院有幸請她回來，其他數理科學所的所長都是男性，只有她一個女生，但她表現最好！」李遠哲在二○一三年「台灣第六屆傑出女科學家獎」典禮上，毫不保留地讚美。

現任中研院院長翁啟惠，在二○一一年一月三日原分所所長交接時，也以周美吟論文驚人的被引用率，期勉原分所繼續向上提升。

要讓這麼多位「大老」服氣，接受周美吟這位女性物理學家的領導，她靠的肯定不只「程咬金三板斧」，而是多年來的精彩學術表現。

長期穩定且傑出的學術成就

利用「Web of Science」查詢周美吟發表的研究成果，可列出多達一百二十五篇重要論文，而科學界評估個人研究表現最重要指標之一：「論文引用率」，她的表現更是突出，已高達五千九百七十七次，所發表之論文，平均每篇被引用的比例為四七．五二次，讓同行瞠乎其後。

其實，論文被引用次數達到上百次，就已經是經典研究，而她這樣的作品有好多篇。被引用率最高的一篇論文，達千餘次，是一九八四年唸博士班時發表的，內容是以量子力學中電子殼層結構的基本原理，解釋金屬團尺寸變化的穩定性及光學與電子特性。當時，這篇文章切中奈米科技初興的風潮，頗具新意，因而獲得高度的引用率。
而二○○二年「鉛金屬薄膜的量子尺寸效應」與二○○四年「矽奈米導線之量子局限效應及電子結構」的兩篇論文，引用次數也各達兩、三百次。
這些數字代表什麼意義？只要對比一下美國物理學會的知名學會期刊、全美排名第七的《Physical Review》，周美吟有八十五篇論文在此刊登。而台灣物理學界上榜論文的平均引用率，二十五年來為十一．六七次（一九八○至二○○五年），兩相對照，就可以知道周美吟的學術表現不但突出，而且長期穩定。
 

既專注又多元的研究之路
台灣女科學家獎的得主中，不少人堅持耕耘獨特的學術一畝三分地，做出了精彩的突破，研究成果發表在《科學》（Science）、《自然》（Nature）等國際一流期刊。

然而，周美吟的研究之路選擇十分多元，除了挑戰當前熱門的主題，例如：石墨烯研究；也對基礎理論著墨甚深，例如：矽晶體電子多體效應的量子蒙地卡羅研究。但不管研究哪一種主題，她的成果都能被刊登在高難度的專業期刊，影響力驚人，在材料科學的研究領域，一個接著一個的突破，讓人到處見到她的貢獻。

物理學家有很多種，周美吟無疑是大家最佩服的那種天才型科學家，但性格卻低調到不會讓光芒外顯而灼傷人，也不是那種臉上標誌著「我是理科女」的科學家。

清湯掛麵的髮型，得宜的套裝，態度一貫客氣，笑時輕啟貝齒，說話音量不大而清晰，語調不疾不徐，不說明恐怕會讓人誤以為是中文系教授。

回顧周美吟的學思歷程，要從一九七七年說起。那年是愛迪生一百三十週年誕辰紀念，台灣要甄選兩位數理稟賦優秀的青少年赴美參加紀念活動，一位建中生、一位北一女生，周美吟正是那位北一女代表。那次的活動讓她開拓了視野，也立定了學術生涯的志向，而這兩位天才少年，後來都唸了第一志願台灣大學物理系，周美吟更是班上二十多位同學當中，唯一的女性畢業生。唸完四年，那位建中高材生曾感嘆，「相較之下，周美吟才是真正的天才。」
 

怡然自律的生活態度
但聽周美吟談起求學生涯，她從頭到尾徹底低調，沒提一句誇耀自己的學業成績，彷彿沒拿過半張獎狀。其實她是北一女聯考榜首，三年後又是全校第一名畢業。唯有聊到就讀小學時，會從三重搭公車到重慶南路的書店街看一整天的書，這才看到她眼中有著難掩興奮的神采，「那時我喜歡看歷史書，」她說。

父親在她三歲時病逝，周美吟由母親一手扶養長大，也是母女這麼深的羈絆，讓她在二○一一年決定返國，以便陪伴生病的母親。

那麼，物理的學習之路呢？周美吟說起來也還是雲淡風清，只是淡淡地笑說，其他物理系女同學都轉學光了。

周美吟的大學老師、台大物理系退休教授楊信男，特別肯定這位曾經擔任過他助理的高徒。楊信男說，物理研究這一行的特性，必須具備高度的抽象思維能力，雖然考得上台大物理的學生都十分優秀，但還是有不少人跟不上進度，這類的學生就不太適合走理論。但周美吟則不然，「她有高度天分，加上謙虛跟自律，有這樣優秀的表現不令人意外，在她學生時期，就可以感受到發展潛力，」楊信男肯定地說。

天分固然驚人，但周美吟十分感念母校，因為等她上博士班時才發現，「我們的科學教育其實並不落後，該學、該懂的都有，」她說，這才讓她建立起自信，相信自己可以跟世界菁英一較高下。

至於為何走上「理論物理」，而非實驗物理的道路？周美吟也低調笑答，並非刻意而為，只是當時台灣設備不夠齊全，做實驗的機會少，信心也不太夠，到美國求學後，自然而然就走上理論物理的道路。然而，台灣現在七、  八成物理學家，其實都是走實驗物理道路，這顯然又是她謙遜的說法了。

依照學界分類，她的學術專長是「固態物理」與「計算物理」。簡單來說，就是發展及利用電腦運算的技術，研究並找出固態新材料的性質，也算是材料科學的一環，而材料科學正是世界科技進步的重要關鍵，半導體的發現，即為一例。

在科技發展進入量子物理的時代後，科學家拚命想要找到新材料的應用，這時有兩種做法，一種就是傳統的試錯法（trial-and-error experimentation），另一種則是運用高速電腦運算，藉此推估新物質的特性、引導實驗，可節省大量時間、精力與成本。這種運用量子力學的第一原理（First principles）來計算研究，可以讓科學家更加理解新材料是怎樣形成，以及能如何改造材料。一九九八年的諾貝爾化學獎，就是頒給這樣的技術奠基者。

 

掌握關鍵，持續探勘新研究

「第一原理理論計算」，已成為科學家探討材料的新性質與研發新功能性材料不可或缺的工具。世界的科技強國，諸如歐、美、日，甚至中國，都有第一流的第一原理計算團隊，而周美吟加入中研院，無疑讓台灣的材料科技研究水準大幅提升。

周美吟最厲害的地方，正在於發展出一套新穎的第一原理演算法，可以強而有力地找到新物質的內在電子結構特性。早在一九八二年，她博士班的代表性論文，即是探討第一原理計算；積澱三十年後，她已經儼然成為第一原理電子結構計算領域的重要學者之一，她的首要學術貢獻便是對第一原理發展的創見。

掌握獨門的第一原理運算法時，彷彿拿著一把屠龍刀，在不斷地研究跟調整之下，愈打磨愈銳利，她便運用這把「屠龍刀」，處理分析不同的化合物、新材料的電子結構與之間的交互作用。這是她第二層次的貢獻。

二○○八年之後，周美吟再轉往最熱門的石墨烯（Graphene），它是由單層碳原子形成的特殊二維網狀結構材料，具有許多奇妙有趣的物理性質。除了高導電、高透光又十分堅韌，它也是產生更小、更快電子元件的關鍵材料。自二○○四年英國蓋姆（Andre K. Geim）和諾佛謝洛夫（Konstantin S. Novoselov）透過撕膠帶法產生第一個單層石墨烯之後，學界與產業界便瘋狂投入研究，二○一○年諾貝爾物理學獎更是頒發給這兩位學者。

而周美吟最近發表的一系列論文，就是探討兩片單層石墨烯之間的電子交互作用的特性，依舊是沒人做過的開創性研究。
 

嚴謹踏實的行事風範

原分所研究員魏金明舉例形容周美吟在學術上的犀利及精確，有一回他跟周美吟去中國大連參加研討會，會議上周美吟簡報了近期對某金屬氫化物材料所做的理論演算結果，推估該材料將會出現怎樣的數據及性質。

這時冷不防，底下有一位國際實驗學者立即舉手，表示自己剛做了相關實驗，正在傷腦筋不知如何解釋，沒想到竟然在這次會議上聽到完美答案。要知道，在這個領域，能出現這麼驚人的吻合，正代表了周美吟的嚴謹與功力。

周美吟具有的學術正能量，不僅僅獨善其身，更可以感染周遭的合作者。回憶二○○二年去喬治亞理工學院（Georgia Institute of Technology）訪問，當時魏金明開始跟周美吟合作，周美吟幫他把每一次的計算重新驗算，長達兩個多月，嚴謹態度讓魏金明開了眼界，成就了他學術收穫最豐碩的一年。

其實，在就讀研究所階段，周美吟就綻放了驚人的學術能量；博士畢業前，已發表十二篇論文。取得美國加州大學柏克萊分校物理博士後，一九八九年，周美吟跟先生一起到喬治亞理工學院任教，先生任教於工學院。那年，他們第一個小孩剛剛誕生，而周美吟教學、研究、家庭三頭並進，卻沒有因此放慢研究腳步，更在一九九一年拿下了美國總統青年學者獎（National Science Foundation Presidential Young Investigator Award）。

這個獎項是美國政府授予青年學者的最高獎勵，每年美國國家科學基金會（NSF : National Science Foundation）從數萬個青年學者中，挑選最被看好的青年學者頒獎，現任中研院院長翁啟惠也曾拿過這個獎。

提到那段蠟燭三頭燒的日子，說話一向淡定和藹的周美吟，也不禁正色斂容。她說，做為一個女性科學家，在學術事業的開端時，一旦有了小孩，家庭支援體系若不足，壓力的確會大到驚人，而這正是她當時面對的困境。

可是，那時周美吟卻展現了驚人的紀律。據說，她每天回家做晚餐給小孩吃，數年如一日，幾乎每天晚上到家後三十分鐘準時開飯。

嚴格的自律精神，並以此規劃家庭和事業，讓周美吟度過最難熬的階段，最終摘下學術的桂冠。聊到這裡時，她甚至認同，女性科學家可以考慮在博士班階段時就規劃生小孩，以免日後耽誤學術事業。

這樣的秩序感與自律，在周美吟的辦公室，也可以強烈感受到。

洗白清爽的辦公室，牆上的書籍擺放得比圖書館的書架還整齊，辦公桌乾淨得就像沒人使用，與其說是日理萬機的所長辦公室，還不如說像是樣品屋。這或許是計算物理的職業習慣，因為計算物理強烈需要有條不紊的特質，才能把蕪蔓繁雜的計算，按部就班完成。

周美吟細微的肢體語言，也展現了這種特質。在談及自己的生命歷程時，她雙手絕對不超過兩肩寬，絕不離開桌面超過十公分，只在三十公分見方的空間比畫著。周美吟就這樣介紹著一切，直到談起近幾年的石墨烯研究時，她才舒展了肩膀，雙手飛揚超過肩膀以上，翩翩飛舞地像個指揮家似地說明一切。此時，也讓人從中感受到，唯有學術研究，才是她的最愛，也最能讓她放鬆。

 

勇闖巔峰，只為心中熱愛

這份對學術的誠摯熱愛，也是支持她能持續有大量學術成果產出的原因。上百篇論文，跨越了許多不同的材料題目，而她仍一直嘗試新做法。「這代表周美吟老師是一個對學術有著熱愛，同時有著獨立思考能力與創意的人，」一位物理系老師在看到周美吟的論文列表時，忍不住說，在達到這樣的學術成就時，一般人大多會固守既有的學術領域，只做些安穩的研究，不會再去不斷嘗試那些沒人試過的做法。

周美吟回來台灣兩年多，在學術圈子內，就開始以樂於提攜後進、待人溫暖聞名。她也深切關心國內材料科學研究的發展，並致力於推動相關活動。

其實，低調沈穩的她，領導能力早已有目共睹。在美國任教的喬治亞理工學院物理系，系所表現原本尚可，但在她五年半系主任領導下，物理系一口氣聘進十三位新老師，排名更進入了全美物理系的前三十強。

別看周美吟一派低調，卻跟國際物理學界接軌密切，並且十分活躍，她在二○○二年當選為美國物理學會（APS : American Physical Society）會士，並曾在二○○八年擔任美國物理學會計算物理分部主席，主辦多場重要國際會議，並擔任美國物理學會重要獎項的遴選委員。無怪乎，李遠哲會力邀她回台灣。

魏金明表示：「海外歸國學人當上中研院所長的，學術地位一定沒問題，但不諱言，有些學者可能已過高原期。周美吟則是還在上坡期，原分所請到她是『賺到了』！」

周美吟則說，自己對台灣既熟悉又陌生，她一方面關懷鄉土，另外一方面，又對於振興原分所充滿責任感，時間大多花在公務，無暇到處走走。

「我也認同李遠哲院長說的：走出象牙塔，關懷吾鄉吾民。但時間實在有限，我不夠了解台灣，只能割捨，」周美吟一如計算物理問題一般，清楚地排定生命的先後順序。

等到周美吟石墨烯的研究告一段落，也許又會有新的誘惑，讓她迫不及待航向新的學術未知領域。因為，學術研究才是她的休憩之所。