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)
北京铁警刘鹏颐:春运路上的“守护人”******
中新网北京1月12日电 (邓有林)1月11日,春运第5天,北京南站乘车旅客明显增多。在北京南站东落客区的进口外,温度低至零下,天刚微亮,刘鹏颐和同事就走上岗位,他们穿着厚实的冬执勤服,认真地对进站旅客进行身份核查。
期间,一名老人行动不便需要坐轮椅进站,刘鹏颐见状马上小跑过去,帮助家属将老人从爱心通道护送进候车大厅。
刘鹏颐今年35岁,是北京铁路公安处北京南站派出所执勤警务一队队长。今年是他参加公安工作的第11个年头,他也将在岗位上度过第5个春节。
北京铁警刘鹏颐为旅客提供帮助 毕雨晨摄 摄刘鹏颐家住北京通州,回家仅需1个小时的车程,但投身守护平安春运的大潮,他成了万千旅客团圆路上的“逆行者”。春运是铁路民警一年中最忙的时候,但这种忙碌很有意义,每次接到旅客报警求助,看着旅客着急,他也着急,为旅客排忧解难后目送旅客踏上归途,他才放心。
候车大厅东侧有一间警务室,执勤民警办公休息都在这里。“刘队年轻,有责任心,工作时他都在站区一遍遍地巡逻巡视,总有使不完的劲”,执勤一队队员陈晨和刘鹏颐年龄相仿,平日里工作搭档默契,在他心里,刘鹏颐是朋友也是榜样。
中午时分,派出所食堂将盒饭送到了执勤室,刘鹏颐是最后一个回来吃饭的。他坐下的第一件事是从腰间取下电台放在桌前,方便有警情时能第一时间回应出警。执勤室里没有多余的杂物,办公桌内侧整齐地摆着一排正在充电的电台。饭吃到一半,电台里传来警情,一个小男孩在站区和家人走散了,刘鹏颐放下饭盒,拿起电台一边询问孩子的衣着特征,一边快速走出了执勤室。
“春运车站旅客多,小孩调皮,父母稍不留意就会走散了”,这样的求助警情时有发生,刘鹏颐处理起来游刃有余,他先联系了车站广播,发动旅客帮助寻找,然后又部署队员分头行动,重点留意卫生间和商铺,很快孩子就找到了。
火车站不同于其他公共场所,旅客丢了行李,有家人走散了,如果不能尽快帮助他们找回来,就会耽误行程。为此,刘鹏颐工作中一直坚持两个信条,接警要快,处警要准。快源自于责任心,准靠的是长此以往的工作经验。
北京铁警刘鹏颐(右) 毕雨晨摄 摄有一次,刘鹏颐接到旅客王某报警,称其候车期间丢失了一个笔记本电脑,具体丢失位置想不起来了,由于列车马上就要检票了,王某十分着急。安抚王某情绪得知他的行动路线后,刘鹏颐和队员分头前往安检处和候车区寻找,最终在候车座椅上找到了王某遗落的笔记本电脑。
作为派出所执勤警务一队队长,刘鹏颐深知表率作用的重要性,工作总是干在前、冲在先。
2022年,在他的带领下,全队共抓获网逃15人,位居全所第一。“百日行动”期间,他和同事陈晨在北京南站东进站口巡视时,查获了一名被公安机关网上通缉的在逃人员张某。通过审查,张某交代,他准备乘坐高铁前往安徽,还约好了程某和刘某一同前往。随后,按照张某的指认,刘鹏颐在站区找到了程某和刘某。经查,三人均因涉嫌严重扰乱公共场所秩序被安徽警方上网通缉。
“百日行动”后,刘鹏颐被授予个人三等功的荣誉。从警以来,他已荣获个人三等功2次,个人嘉奖4次,优秀共产党员3次。
今年除夕,刘鹏颐还将在岗位上度过。虽然不能回家陪伴家人,但和同事们并肩作战,守护团圆的万家灯火,也别有一番年味。(完)
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