1932年1月，我寫出了一篇論文，題目是《關於RaE連續β射線譜的上限》，RaE就是鐳E，一種放射性元素。論文發表在德國《物理學期刊》第74卷上，這是我第一次在國際著名的學術期刊上發表自己的研究成果，我很高興。1933年7月14日，我又在德國《科學》期刊上發表了一篇論文《γ射線的內光電效應》，這是和邁特納老師合寫的。我們用一個小的蓋革—繆勒計數器，對在磁場中的ThB(釷B)+C+C”發出的若幹β射線作了測量，這是解答當時一些科學家在γ射線的內光電效應的理論問題方麵所做的工作。
我的博士論文題目是根據導師的提議選定的，題目是《ThB+C+C″的β譜》。實驗研究工作從1931年冬季開始，一直到1933年10月。有一天，我在清華大學讀書時的好朋友任之恭(現在是美籍物理學家)從美國到德國來看我，當時我正在實驗室裏吹製蓋革計數器，由於我吹玻璃的本領學得還不到家，所以成功率不太高，弄得滿地碎玻璃。任之恭看了，跟我開玩笑說：“老弟，你準備開玻璃加工廠吧？”我真不好意思。不過，我確實是用自己吹製的蓋革計數管，裝配了蓋革—繆勒計數器。我用自己製的儀器進行實驗研究，這是從吳有訓老師那裏學來的本領。
到1933年12月9日，我寫出了博士論文，並且順利地通過了論文答辯。很快德國《物理學》期刊上就把這篇論文發表了。由於我認真地研究了以往科學家們測量射線強度時所用的實驗方法的利弊，吸收了他們的基本思想，用自己的方法進行測量，所以得出的結果要精確得多。有人說，費米教授建立β衰變理論時，參考了我的一些測量數據。我想，可能我的論文對費米的工作有一定的參考價值，說他參考我的數據隻是可能，不能肯定，因為沒有得到費米本人的證實。
我在結束留學生活回國之前，曾經到英國、法國、荷蘭、意大利等國旅行，訪問了一些物理學大師。在英國，我訪問了著名的劍橋大學卡文迪許實驗室，會見了盧瑟福、查德威克和埃裏斯等英國著名的物理學家；在意大利，我訪問了羅馬大學的費米小組，遺憾的是費米教授當時外出，沒有見上麵，錯過了一次向費米教授當麵請教的機會。
取得博士學位之後，我就決定回國。德國自從1933年希特勒篡奪政權以後，開始推行滅絕人性的法西斯專政，大規模迫害猶太人，整個德國籠罩在恐怖的氣氛中，使人感到窒息。我的老師邁特納也是猶太人，她被剝奪了教書的權利，後來不得不逃亡瑞典。
我更加思念我的祖國和親人。1931年“九一八”事變，日本侵略者侵占了我國東北三省，引起我深切的關注。我天天去看當天的報紙，已經沒有心思繼續埋頭在書本中和實驗室裏了。當時有人勸我說：“科學是沒有國界的，中國很落後，沒有你需要的科學研究的條件，何必回去呢？”我對他們說：“科學雖然沒有國界，但是科學家是有祖國的，現在我的祖國正在遭受苦難，我要回到祖國去，為她服務。”
1934年4月，我乘輪船回到了災難深重的祖國。