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)
优秀!苏炳添夺冠啦,赛季首秀开门红!******
北京时间3日凌晨,前不久才当选中国田径协会副主席的短跑名将苏炳添在世界田联室内巡回赛瑞典哥德堡站迎来赛季首秀。男子60米比赛中,苏炳添最终以6秒59的成绩夺冠,迎来开门红。
当天的预赛,苏炳添跑出6秒75的成绩,并以小组头名的身份晋级。决赛中,苏炳添起跑迅速占据领先优势,日本选手东田旺洋紧随其后。最终,苏炳添顶住对手的冲击,率先冲过终点。
资料图:日本东京奥运会田径男子100米半决赛,苏炳添9秒83晋级决赛打破亚洲记录,这也是中国人首次登上奥运男子百米决赛赛场。图片来源:ICphoto夺冠后,网友纷纷向苏炳添送上了祝福,甚至有网友表示:“苏炳添是五千多年历史黄种人速度天花板。”
值得一提的是,1989年出生的苏炳添,今年将年满34岁。从籍籍无名的小将到人们耳熟能详的“亚洲飞人”,苏炳添一直致力于在田径赛场诠释中国速度。
东京奥运会男子百米半决赛中,苏炳添以9秒83的成绩打破亚洲纪录,成为首位闯进奥运男子百米决赛的中国人。在彼时男子4×100米接力项目中,他和谢震业、吴智强和汤星强跑出37秒79的成绩,位居第四。
不过东京奥运结束后,国际体育仲裁法庭(CAS)发布公告,认定英国队短跑运动员奇金杜·乌贾在东京奥运会期间违反了反兴奋剂条例,英国队获得的接力银牌被剥夺。加拿大队递补获得银牌,中国队递补获得铜牌。而这也是中国队在奥运会男子4×100米项目上获得的首枚奖牌。
得知这一消息后,三战奥运会的苏炳添难掩激动之情,他直言:“这枚奥运奖牌属于全部中国短跑人。”
从 2009 年全国田径锦标赛的10秒28,到2014 年仁川亚运会的10秒10,再到东京奥运会上那突破性的9秒83……苏炳添从见证者、亲历者,成为了中国田径历史的缔造者。
资料图:图为苏炳添和队友在比赛中。中新社记者 杜洋 摄2023年伊始,苏炳添在运动员之外,又多了一重新的身份:中国田径协会副主席。赛场之外,他不断通过自己的努力为运动员发声。早在2019年,苏炳添就已经是世界田联运动员工作委员会中的一员。
“感谢世界田联、中国田径队的信任与支持!我会倍加珍惜这来之不易的机会,努力做好这份工作,不辜负大家的期望,为广大的运动员发声!”谈及这份荣誉,苏炳添更愿意将其称之为责任。”
虽然身兼数职,但作为一名职业运动员,苏炳添依旧拥有一颗突破自我的心。去年底到今年初的冬训,苏炳添投入到完整的赛季备战中。
资料图:暨南大学体育学院副教授苏炳添在课堂上指导学生进行基础热身。中新社记者 陈骥旻 摄农历新年刚刚结束,苏炳添就早早开启了新的赛季。本次亮相室内巡回赛瑞典哥德堡站,也是苏炳添时隔三年再度踏上欧洲赛场。按照计划,苏炳添还将参加接下来的法国蒙德维尔和列万的两站比赛。
本赛季前三站室内巡回赛评级分别为D类、B类和A类,即比赛竞争力逐渐上涨。从小型室内赛开启新赛季,再向更高强度的比赛过渡,苏炳添一步一个脚印,似乎正在向着更大的目标迈进。
今年下半年的田径世锦赛、明年的巴黎奥运会,不服老的苏炳添可能为国人带来更大的惊喜。(记者 邢蕊)
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