静心探索重要的基础科学问题不求“短平快”70后物理学家翁红明******
翁红明在讲解电子运输理论。
田春璐摄
人物简介:
翁红明,1977年出生,现为中国科学院物理研究所凝聚态理论与材料计算实验室研究员、博士生导师。主要致力于凝聚态物理计算方法和程序的开发以及新奇量子现象的计算研究,成果入选2015年度中国科学十大进展、英国物理学会《物理世界》2015年度十大突破、美国物理学会《物理评论》系列期刊创刊125周年纪念文集等。
在中科院物理研究所(以下简称“物理所”)的年轻人里,研究员翁红明是小有名气的一位。就在刚刚过去的2022年,他因在数学物理学领域的杰出贡献,获得第四届“科学探索奖”。
在国际计算凝聚态物理研究领域,翁红明成果颇丰。其中最为人称道的,是他和同事们合作首次在固体中观测到外尔费米子和三重简并费米子的准粒子。这是国际上物理学研究的重要科学突破,对拓扑电子学和量子计算机等颠覆性技术的诞生具有非常重要的意义。
自由思考、厚积薄发,真正对人类文明有所贡献
1928年,英国物理学家保罗·狄拉克提出了描述相对论电子态的狄拉克方程。1929年,德国科学家赫尔曼·外尔指出,当质量为零时,狄拉克方程描述的是一对重叠的具有相反手性的新粒子,即外尔费米子。这种神奇的粒子带有电荷,却不具有质量,因而具有确定的手性(指一个物体不能与其镜像相重合,如我们的双手,左手与右手互成镜像,但不能重合)。
但是80多年过去了,科学家们一直没有能够在实验中观测到外尔费米子。直到2015年1月初,中科院物理所方忠研究员带领的研究组与普林斯顿大学研究小组合作,从理论上预言了在以砷化钽为代表的一批材料中存在着外尔费米子。此后,这个理论预言经过实验得到了进一步验证。
在研究过程中,翁红明发挥了至关重要的作用。他从发表于1965年的一篇实验文献中受到启发,并通过第一性原理计算,初步认定砷化钽晶体等同结构家族材料可能是无需进行调控的、本征的外尔半金属。这类材料能够合成,没有磁性,没有中心对称,是实验制备、检测都非常便捷的绝佳材料。
翁红明说:“这一发现的难度在于,从众多材料中找到合适的对象犹如大海捞针,必须对外尔费米子和材料物理特性都有相当认识才行。”
在外尔费米子被发现的一年后,翁红明和同事们又进一步“预言”:在一类具有碳化钨晶体结构的材料中存在三重简并的电子态。
2017年6月,这个新预言被实验证实,三重简并费米子被首次观测到。这是物理所科研团队继拓扑绝缘体、量子反常霍尔效应、外尔费米子之后,在拓扑物态研究领域取得的又一次重要突破,引起国际物理学界广泛关注。
成绩源于多年的深耕积累。翁红明很享受在物理所工作的经历:“这无关荣誉,我找到了更感兴趣、更加深入的研究领域和方向。”
自由思考、厚积薄发,一直是翁红明喜欢的学术氛围。他所追求的不是多发表文章,而是能攀登科学高峰,真正对人类文明有所贡献。
科研仅靠一个人或一个小组的力量是不够的
作为理论物理学家,翁红明专攻量子材料的计算和设计。
物理学通常分成两大类,即理论物理和实验物理。理论物理通过理论推导和公式推算得出的结论被称为“预言”,“预言”必须通过实验验证才能成为国际公认的科学事实。
在翁红明看来,他接连获得的几次重大发现,都离不开与同事们的通力合作。这,也是他做科研一直特别重视的一点。
“理论预言、样品制备和实验观测,这三个环节缺一个都不行。”翁红明说,“在当今科学领域细分程度非常高的情况下,科研仅靠一个人或一个小组的力量是不够的。当有重要任务目标时,我们几个小组紧密合作,在理论、样品、实验等环节实现了环环相扣、无缝对接。”
在许多人的想象中,理论物理学家的工作,就是每天独自埋头在稿纸堆里计算推演,然后坐着冥思苦想、灵光乍现。
但翁红明认为,计算推演的确要做,思考分析也不可少,但和同行们的交流也非常重要。他每天上班的第一件事就是查看和了解国际上最新的科研进展,然后分析、思考、计算,再把自己的想法跟同事们交流。“很多时候,我的一些想法,或者说突然的一些灵感,其实都是在思考、交流和工作过程当中产生的。”
“发现三重简并费米子”这一成果,就源于翁红明和石友国、钱天两位同事一次喝咖啡时的思想碰撞。
物理所的咖啡厅在学术界享有盛誉,不但因为咖啡好喝,也因为常有科研人员汇聚在此畅聊科学、各抒己见,聊着聊着,灵感经常“火花四射”。
和大家一样,翁红明、石友国和钱天工作之余也喜欢在咖啡厅一聚。翁红明有什么新想法会第一时间告诉他俩;石友国和钱天在实验过程中有什么新发现或疑惑,也会第一时间反馈给翁红明。
“闲聊中就能交换信息,我们的交流是完全敞开的,毫无保留地让大家知道彼此做了什么。”翁红明说。
翁红明告诉记者,在科研道路上,自己非常珍视的成功秘诀有两个,一个是注意总结和积累,另一个就是跟别人多交流。
“目前我努力发展基于大数据和人工智能的凝聚态物质科学研究,其实也是基于这两点考虑,因为所有人的知识积累都体现在这些数据当中。”翁红明说。
做研究应该抓住一些更新奇、更本质的问题
1977年,翁红明出生在江苏泰兴一户普通人家。他的父母都是农民,家里还有一个姐姐。
初中开始,翁红明第一次接触到物理,从此便沉迷其中。“物理让我对周围的世界有了更深入的了解和认识。”翁红明说。
兴趣是最好的老师。对物理的热爱,指引着翁红明叩开了物理科学的大门。
1996年,翁红明参加高考。在填报志愿时,他毫不犹豫地将所有的志愿都填上了物理。最终,他如愿被南京大学物理系录取。
南京大学的物理系在凝聚态物理领域积淀很深。翁红明在这一领域进行相关知识的学习与研究,一学就是9年,直到博士毕业。毕业后,他去了日本的东北大学金属材料研究所做博士后研究,主要研究各种材料的导电性质。
到日本一年半后,翁红明萌生了转换研究方向的想法。
“我想要转到计算方法和程序的发展上,这是凝聚态物理领域中一个最基础也是最具有核心竞争力的方向。”翁红明说,“如果想要在这个领域有长远发展,就要在这个方向上有一定的积累。”在他看来,静下心来探索重要的基础科学问题,要比做一些“短平快”研究更有意义。
想归想,但真正下定决心,翁红明也经过了一番纠结。
他坦言:“当转到一个更基础的方向,也意味着你在未来的几年甚至是更长的时间里都需要耐得住坐冷板凳。所以必须做好思想准备,去做一些积累性的工作。”
2008年,翁红明的人生又有了一次重大转折。
那一年,物理研究所研究员、博士生导师方忠到日本访问交流,翁红明跟他进行了深入的交谈和讨论。
翁红明告诉记者:“他跟我介绍了当时做的一项很有意思的工作。虽然我那时并没有很深刻的理解,却受到很大的启发——做研究应该抓住一些更新奇、更本质的问题。”
在方忠的影响下,2010年,翁红明决定回到国内,入职物理研究所,成为方忠团队的一名成员。
翁红明说:“每个人在一生当中可能会跟很多人交往交谈,但在人生重要转折时刻能够给你启发的却不多。能有这样的机遇去跟方忠老师交流并受到启发,我觉得这是非常宝贵和幸运的。”
在新的一年里,翁红明说自己有很多研究工作要做,尤其是如何在拓扑电子学器件研究方面取得突破,促使拓扑电子态理论变成可落地应用的技术。而这,需要跟器件和应用等方向的研究人员进行交流和讨论。
翁红明相信,拓扑时代的黎明时分正在临近。(记者 吴月辉)
高校对校外人员开放了?专家:应逐步适度恢复对外开放******
中新网北京2月1日电(刘欢)近日,清华大学、北京大学等多所高校宣布恢复校友出入校权限,部分高校还允许家长和校外人员申请入校。
“乙类乙管”实施后,高校对外开放规则有何变化?校外人员是否还能出入校园?
恢复校友出入权限,家长也能到校参观
目前,清华大学、北京大学、中国人民大学、北京科技大学、武汉大学、哈尔滨工程大学等高校陆续发布通知:结合疫情防控政策调整和校园实际,学校恢复校友免预约出入校本部的权限。
大学校友可通过出示电子校友卡、实体校友卡或有效身份证件,经工作人员核验确认后,步行入校。未办理相关证件的校友可通过校内单位预约流程,申请入校。
对于家长和校外人员,东南大学特别规定:因需入校的家长和其他校外人员,可提前一天线上申请,并经校内有关单位负责人审批,审批通过后生成入校码,方可入校,出校时,需做好扫码登记。
资料图:图为2021年北京大学本科新生在北京大学西门与家人合影留念 中新社记者 易海菲 摄此外,香港中文大学(深圳)近期发布通知,取消白名单以外人员入校报批制度,恢复疫情前入校模式:工作日来访人员可在官方小程序申请入校,填写被访部门、被访人员及来校事由;来访人员出示有效证件,做好登记后可进入学校。
大学在周末和法定节假日对外开放,参观人员在校园开放期间必须持本人有效证件在门岗登记,并接受安保人员查验。
香港中文大学(深圳)大二在读生小刘对此表示很支持,“大学能正常运作挺好的,大家来参观,也能对学校有了解”。
大学校园备受青睐,却也有协调烦恼
大学校园一直是校外游客热衷参观的地点之一,特别是花季等特殊时期,各大高校迎来游客参观高峰期,校园和校外人员的协调问题也凸显出来。
中新网了解到,高校此前对社会开放时,规定学生宿舍区、教职工家属区和教学科研场所集中区域为非开放区域,图书馆、体育馆等则可以进入。目前,虽然多所高校陆续恢复校友出入权限,但暂未对社会全面开放。
武汉大学保卫部工作人员向中新网表示,目前学校暂未对普通游客开放,校园教职工、学生的到访亲友可联系校内人员进入校园。
24岁的崔磊本科就读于武汉大学,他告诉中新网,在2020年之前,武汉大学没有设置门禁,可以自由出入。“武大之前是真正没有围墙的大学,正门口是一座开放的牌坊,学校就坐落在商业街附近,经常有游客来参观。”
每年3月是武汉樱花开放的时节,也是校园游客最多的时候。崔磊表示,这个时期经常能看到专程来武大拍照的游人,学校在受到大家欣赏和认可的同时,也存在一些困扰。
在校园内,从学生宿舍到教学楼之间有一条著名的樱花大道,花季时期常常被聚集人群围得水泄不通,还有游客在学生上课时探头探脑,影响了正常教学秩序。
资料图:图为2021年游客在武汉大学樱花大道上拍摄盛开的樱花。中新社记者 张畅 摄除了校园景观,图书馆、体育馆等公共设施及场地也经常吸引一些校外人员。
阿九居住在北京一所高校附近,此前曾在一所大学校园的篮球场打球,有时还会碰到一起加入的学生,“球场挺好的,碰到学生,问一句‘能玩不’,就可以一起打球了”。
谈及大学公共设施问题,他认为,一些有学生在自习的地方不太适合开放。“但球场这类的,我觉得可以在学校没有自主活动的时候放开,社会上这类公益性的资源比较少,如果能有多一点公共球场或社区球场,谁会去学校呢?”阿九说。
“有取有用”,高校宜与公众共建共享资源
虽然从前的对外开放曾对校园秩序造成影响,但崔磊仍然希望今后能逐渐恢复到放开状态。
“一方面大学具有公共属性,应该对外开放部分资源;另一方面大学生也不应该被圈养。”他表示,开放的同时应加强管理,不能打扰到学生生活。
“寒暑假没什么课的时候,校园里的资源就可以合理利用起来了,能够协调好开放秩序也是大学管理能力的体现。”崔磊说。
资料图:图为2022年市民在广东省立中山图书馆阅读学习。中新社记者 陈楚红 摄传媒工作者侯知谦此前曾到一所高校参加活动,因开放权限问题产生困扰。他认为,作为城市文体资源的重要聚合枢纽,向公众开放体育场、绿地等区域可以说是公立高校“有取有用”的社会义务。
“随着防疫政策的调整,高校理应在保证师生安全和教学秩序的前提下以合理方式向公众开放,尽管此举将让高校重新担负起相应的管理职责,但其更显著的意义在于让公众参与高校共建,共享丰富的资源。”
南京大学教育研究院教授吕林海则认为,大学具有文明教化、传播知识的社会职能,同时还应承担起社会责任。
“高校是知识资产的拥有者和奉献者,不能仅仅提供一些物理资源,更应该成为社会的知识资源管理中心,将来应逐步适度、有限地恢复到开放状态。”吕林海说。(应受访者要求,文中部分人名为化名)(完)
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