同年，還在美國密執安大學攻讀博士的茅野開始在導師的推薦下獨立負責壹門研究生課程，講授芯片集成納米制造技術。看著教室裏不同膚色、不同國家的學生，我覺得那個站在講臺上講授芯片集成納米制造技術的茅野越來越不討人喜歡了。在密歇根州的雪夜中，壹個想法出現在他的腦海裏:“也許我可以做點什麽。”
當這種想法越來越多的出現時，茅野開始準備回國。“我在想，既然我已經掌握了芯片集成納米制造的技術，為什麽還要留在美國告訴留學生？我應該回國，把這些知識告訴國內的學生。”幾經輾轉，茅野於2020年正式加入北航。
倒春寒，市場需求，政策加持，科研創新...在“中國芯”迎來絕地反擊的“春天”，茅野蓄勢待發，奔向更多可能。
即使已經步入三十而立，茅野依然保持著他最初的純粹:無所畏懼，不屈不撓；跟隨妳的心，順其自然。
2007年，茅野被華中科技大學材料科學與工程學院錄取。在大學期間，茅野不是壹個特別勤奮和“聽話”的學生。他學習的動力大部分來自他的興趣，他做任何他喜歡的事情。有壹天，他突然有了“出國看看”的想法，於是準備出國考試(托福和GRE)，拿到了獎學金，去密歇根大學讀機械工程碩士。
茅野的碩士生導師是印度人，在密執安大學有著舉足輕重的影響力和地位。當茅野來到他家時，他得到了壹份研究工作，這樣他就可以免學費，還能拿到作為研究助理的薪水，這是很好的待遇。茅野問他的導師:“我的成績不是最好的，我的簡歷也不是最漂亮的。為什麽給我這麽好的待遇？”
茅野的導師回答說，因為他認為茅野在這項研究上有自己的想法。在去美國之前，茅野和他的導師進行了壹些交流。在交流過程中，他對壹些研究問題給出了多種解決方案，給導師留下了深刻的印象。“他覺得這是我的壹大亮點。”茅野跟隨碩士生導師從事納米生物材料仿生骨支架的相關工作，並取得了壹系列成果。
2014，茅野原本打算碩士畢業後直接工作。他坦言:“讀博士對我來說，其實是壹件很偶然的事情。”那時候，茅野剛剛找到工作，在壹次學術報告中偶然遇到了剛來密歇根大學工作的Yasha Yi教授。通過交流，兩人碰撞出了很多新的想法，然後他的博士生導師對他說:“我們或許可以實現它們(這些想法)。”就這樣，茅野放棄了工作機會，選擇繼續在密歇根大學攻讀電子和計算機工程博士學位。
茅野的主要研究方向是芯片集成光電器件和芯片集成納米制造技術。簡單來說，後者是為前者服務的。為了制造芯片集成的光電子器件，往往需要花費大量的時間和精力在芯片集成的納米制造技術上。從2014開始，茅野進入美國大型芯片集成實驗室Lurie納米制造設施，研究基於矽基材料的納米制造和芯片集成技術，並在後續的研究工作中逐漸掌握了這項技術。
留學期間，茅野在可見光波段的光學超結構和透鏡、醫用閃爍體的光學抓取納米結構、芯片集成激光雷達光學相控陣(OPA)器件等方面進行了深入系統的研究，取得了壹些國際領先的成果。
茅野開發了基於高折射率富矽氮化矽的超結構透鏡設計制造工藝系統，突破了抗刻蝕延遲的超結構透鏡和非色散超結構透鏡的設計技術，解決了可見光波段光學超結構表面和超結構透鏡制造成本高、色散大等難點，開發了基於可見光波段的光柵結構超結構透鏡、線偏振超結構透鏡和聚焦結構超結構透鏡等集成光子器件。他開發了可以用作醫用閃爍體材料的抓光納米結構，極大地提高了傳統醫用閃爍體的發光效率。針對芯片集成激光雷達中的核心偏振組件，他提出了壹種基於光學相位矩陣(OPA)和光學超結構表面相結合的非機械可控偏振方案，可以大大降低激光雷達的體積、重量和成本。相關成果在該領域知名學術期刊發表論文20余篇，授權國際專利1項。
其中，茅野開發的設計聚焦結構的光學方法被世界著名科技評論《麻省理工科技評論》報道，並指出該技術在未來芯片光刻行業具有重要的應用前景(文章標題為《為什麽metalens即將革新芯片制造》)。
在國外學習和研究多年，茅野和導師的關系更像是朋友和夥伴，壹直維持到現在。茅野說，他和他的博士生導師都是非常理想主義的人，總是認為他們可以做出壹些改變世界的事情。所以他們的研究非常務實，往往會考慮壹些前沿技術在工業上大規模應用的可行性。例如，在開發尖端超級透鏡時，他們應該研究如何降低成本，以實現批量生產。
在與導師和其他老師的不斷交流中，茅野對這壹價值認知越來越堅定:取得好成績不是為了發表論文，不是為了名利，而是為了改善人們的生活，讓世界變得更美好。“我們壹直朝著這個目標前進。我們做出成績的時候，往往第壹時間就想到了。這能應用嗎？與同行業相比，有哪些優勢？我們研究的最終目的必須是讓科研成果造福人類，造福世界。”茅野說。
就像壹次修行壹樣，茅野在美國不斷學習知識，增長見識，提高能力，很快成長為芯片制造業知名的青年學者。他說:“開發芯片集成納米制造工藝非常費力，但當妳親自制造40納米和20納米的結構和器件時，妳知道芯片制造工藝的每壹個細節，這是非常寶貴的經驗。現在回想起來，這是我在美國最大的收獲之壹。”
即使在國外打下了自己的壹片天地，茅野回國上任之路依然並不平坦。
在美國呆了7年多，茅野在國內學術界壹個人都不認識，只能在網上搜索工作和簡歷。幸運的是，當時許多國內學校都有海外青年論壇，壹些高校也熱情地向茅野發出邀請。於是，在2018短暫的聖誕假期，他回國了，壹次去了四所大學。然而，這並不是壹次成功的旅程。相比茅野制作的壹些納米制造技術和器件成果，他當時遇到的老師似乎對他簡歷上論文的影響因子更感興趣。那年冬天，他第壹次知道有紙隔斷這種東西。
茅野還被建議在回國就業之前，在壹些高影響力的期刊上發表幾篇論文。經過思考，茅野拒絕了。“我也許能做到這壹點，但這不是我做研究的初心。研究成果的價值在於能否推動其所在領域的進步。我覺得真正能解決問題，真正能應用的研究才是好的研究。”即使2018的短暫回歸壹無所獲，茅野依然堅持回國的想法。博士畢業後繼續做了壹年博士後研究，完成了之前未完成的工作，2019年底回國。
這壹次，遇到了壹位理解他的“伯樂”——方院士。經過壹番深入交流，方院士對他說:“妳的研究做得很好，我們非常需要像妳這樣的芯片集成光電器件和納米制造技術方面的人才。相比論文，我們更註重能應用於實踐、能解決問題、能真正有用、好用的成果。”就這樣，茅野以副研究員的身份加入了北航。
“做研究，需要找誌同道合的人。我和方院士的想法壹樣，就是要做出實用有用的東西。比起發表文章，我們更關心的是能不能把芯片集成業務做起來，在自己的領域做出中國自己的芯片並投入產業化，改變芯片行業的格局，讓中國的芯片業務趕上甚至趕超美國。”茅野說。
與芯片設計相比，芯片制造是制約我國芯片集成發展的關鍵“短板”。如何將光電子器件芯片化，做得這麽小，同時降低成本，功能完善，性能好，成品率高，這是壹個大問題，茅野回來就是為了解決這個問題。
基於在芯片集成光電器件領域多年的研究和積累，面對國內關鍵測量導航儀器的發展需求，茅野回國後立即開始了芯片集成量子精密測量器件的理論方法和制造技術研究，主要包括芯片集成原子磁力計、芯片集成原子陀螺儀、功能光學超結構表面技術、面向商用的平面集成光學超結構透鏡等。，致力於為中國在短時間內突破核心關鍵光電芯片技術提供強有力的技術支持。同時，茅野也依托國家重大科研項目的開展，開展了相關的平臺建設和教學工作。
從事科學研究多年，茅野很少有負面情緒。回顧自己的歷程，他說:“有問題就去解決。其實我沒有那麽多時間和精力去解決感情的事情。”
我在美國的時候，茅野的團隊雖然資源很多，但是團隊裏人很少，只有他和他弟弟兩個博士。那些年，是他們兩個完成了壹項又壹項的科研。在芯片集成光電子器件的制造過程中會出現各種問題。然而，茅野和他的弟弟沒有抱怨，只是埋頭工作，最終以嚴格的工程指標完成了多項科研任務。“其實我們並不覺得很累，就是壹方面有計劃的做研究，另壹方面換個角度思考，多嘗試。我們沒有時間去想:這個這麽難，做不到怎麽辦？換句話說，這個太難做了。這是不可能的。既然已經開始做了，就要去做，並且做好。”
當他回到中國時，盡管起初他並不被認可，但茅野從未想過放棄。他想的是:任何問題都可以解決。只要我做出成果，用起來，總有壹天會有人認可的。正是這種樂觀頑強的精神造就了現在的茅野。
基於原子自旋自由交換弛豫(SERF)效應的原子磁力儀是目前最精確的磁場測量傳感器，其理論精度可以達到亞feit級。它是目前戰略磁測量和醫用生物磁測量設備中的核心器件。基於芯片的原子磁強計將大大縮小目前的器件體積(從傳統的厘米級縮小到毫米級甚至微米級)，降低功耗和成本，是未來高精度、小型化、陣列化量子磁傳感器件的必由之路。微型量子導航系統、微型深海潛器系統、高分辨率腦磁成像裝置和活體介入式生物磁測量設備等多種軍事和醫療設備對原子磁力儀芯片提出了迫切需求。
2065438+2004年，桑迪亞國家實驗室得到了美國國立衛生研究院(NIH)和美國核安全部(DOE-NNSA)的支持，開始了微芯片SERF原子磁力儀陣列(OPM)樣機的研制工作。此外，美國國家標準和技術研究所(NIST)得到了美國戰略環境和發展研究計劃的資助。近年來，開發了適用於芯片集成制造方法的垂直鍵合原子磁力儀樣機，並率先啟動了芯片集成原子磁力儀的研究。同時，我國在“十五”計劃中明確提出了對芯片集成量子精密測量器件的迫切需求。芯片化原子磁力儀的核心是解決芯片集成原子磁力儀中的光子學控制和耦合問題，是微納光子學、芯片集成納米制造和量子精密測量的交叉學科問題。
為了解決這壹技術難題，茅野申請了自然科學基金青年科學基金項目“芯片原子磁力儀中集成光子操縱與耦合研究”。在項目研究中，他將探索芯片級微型原子磁強計中的精密光學操控方法和光學/量子耦合機制，並在此基礎上，為芯片級原子磁強計開發壹體化的光子操控和耦合方案。最後，他將與微原子系綜開展集成光/量子耦合極弱磁測量實驗，為芯片級集成原子磁力儀從無到有的突破奠定基礎。
解決芯片集成原子磁力儀中的光子操縱和耦合問題，是突破現有瓶頸，發展高精度、陣列式、集成化精密量子測量系統的第壹步，也是實現國家“十五”提出的高分辨率腦磁成像、深海/深地磁探測和芯片化量子測量系統迫切需要解決的核心問題。
在更貼近人們生活的應用方面，茅野也提到:“比如我們的手機有陀螺儀傳感器。雖然對於人的生活來說已經足夠了，但是還沒有達到理想的狀態。如果把量子陀螺儀做成芯片，手機的導航定位會更加靈敏準確。目前大部分自動駕駛系統都依賴激光雷達作為核心測距傳感器，但目前的雷達還是比較大，只能放在車頂。如果是微芯片，不僅可以縮小體積，更重要的是降低成本，讓壹輛車可以安裝不同維度的多芯片集成激光雷達掃描，從而讓自動駕駛更加精確和安全。”
目前，相關工作正在有序開展。茅野說，飯要壹點壹點吃，路要壹步壹步走。制造中國自己的芯片不是壹蹴而就的，但他願意為這個目標不懈努力。
此外，茅野致力於以美國頂級芯片集成超凈室實驗室勞裏納米加工技術實驗室為模板，打造芯片集成超凈室實驗室體系。芯片集成潔凈室實驗室是微結構和微系統的重要實驗制造平臺，對未來的電子、電氣、機械、材料、生物、光學等整個學科可以起到重要的支撐作用。但平臺的建設是壹個長期的工程，初期目標是建設百級超凈室和氣體凈化內循環系統、人員管理和使用系統。五年的預期目標是在實驗室制造出超過目前國內工業芯片精度的納米結構。
“回國後，我發現國產芯片的發展已經很熱了。像雨後春筍壹樣，許多制造芯片的實驗室也建立了起來。但相對而言，國內缺乏設備調試、維護、工藝開發方面的專業人才。”雖然實驗室的建設已經提上日程，但在之前的研究中，茅野提出暫時使用國內公共納米制造平臺。他說:“因為國家花了很多錢建設芯片制造實驗室，我們應該充分利用它們。相比歐美壹些成熟的實驗室，他們可能工藝積累不夠，但是設備還是很不錯的。我們可以合作，利用海外工藝經驗開展研究，共同攻關，提高精度，實現利益最大化。”
同時，茅野也表示，要實現技術的自主可控，建立自己的實驗室肯定是必要的，但在此之前，首先要培養或引進壹批相關人才，然後構建成熟的人才儲備和管理體系，更好地幫助實驗平臺的建設。
在北京航空航天大學，茅野計劃開設壹門關於芯片集成納米制造的英語課程。目前這門課程在國內學校比較少見，即使在美國，也只有少數條件比較優秀的大學開設。然而，整個行業的電子和光學器件的趨勢是向小型化發展，因此芯片集成納米制造技術不僅用於制造芯片，而且是制造具有多種功能的新型納米結構/器件的唯壹途徑。這項技術在未來壹定會越來越普及。憑借在美國教授這門課程的經驗，茅野希望通過開設這門課程，讓國內學生更多地了解這項技術，為中國培養更多芯片集成納米制造方面的人才。
茅野對他的學生有自己的要求和期望。第壹，他要學生有壹顆堅強的心，不要因為研究工作的艱難而回避甚至放棄，要有壹種不屈不撓的精神；第二，他希望學生能讓研究過程更快樂，享受科研過程。“經驗是最寶貴的財富。即使最後沒有做到，在過程中也積累了很多寶貴的經驗。不去嘗試和探索，怎麽能獲得經驗呢？我還是那句話。有問題就去解決問題，不要逃避，不要放棄，要有精神去做。”
打籃球，學吉他，用短視頻練出壹手好廚藝……工作之余茅野也過得很認真。無論是工作還是生活，他都保持著自己的步伐，不驕不躁。對於未來，茅野不做太多的假設，他也不會因為未知而焦慮。對他來說，唯壹明確要做的就是把握當下，努力工作，全心全意投入到自己熱愛的科研中去。