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)
东西问·人物|隋文静 韩聪:我愿俯身,为你架起一座桥******
中新社北京1月28日电 题:隋文静 韩聪:我愿俯身,为你架起一座桥
《中国新闻周刊》记者 徐鹏远
北京冬奥会之后的这一年,隋文静和韩聪暂时告别了赛场,没有参加新赛季的任何大赛。这是一段难得的轻松时光,过去十几年,决战奥运是作为运动员日复一日艰辛拼搏的动力,尤其在悉数斩获了四大洲锦标赛、大奖赛、世锦赛的冠军后,奥运金牌更是成了最大的心结。2010年,申雪和赵宏博在温哥华冬奥会登上最高领奖台后,宣布退役。从这一刻起,隋文静和韩聪就成为中国在双人滑项目上新的希望。
必然走到2022年的路
这块金牌,隋文静和韩聪等了15年。
自2007年牵手搭档开始,迅速地以惊艳之姿闪耀国际赛场:2009年,首次参加青年组大奖赛便凭借四战全胜的成绩拿下总决赛冠军;2010年,两人在世青赛也顺利摘得桂冠,并于其后两年连续卫冕,完成三连冠壮举;升入成年组后,又在首次亮相的2012年四大洲锦标赛上夺魁,同时以201.83分的成绩成为中国双人滑史上第三对跨过200分大关的组合。
然而隐患也在悄然间暗暗埋下。尽管隋文静和韩聪拥有过人天赋,却也存在着一个难以回避的天然缺陷。韩聪的个头并不高,无法与隋文静形成充分的身高差。为了完成高质量的托举高抛和空中转体技术动作,除了韩聪需要加倍训练力量,隋文静也必须做到比其他女运动员更高的抛跳高度——这意味着她的脚踝、膝盖以及脊柱要承受更大压力。因此2013年时,隋文静患上了骨骺炎。
2014年的索契冬奥会就这样擦肩而过,那是这对组合职业生涯第一次陷入灰暗之中。
但失落没有停驻太久,两人就又投入了训练,朝向平昌重新出发。启程往平昌的半个多月前,隋文静发了一条朋友圈:“这世界就是这样,当你勇敢去追梦的时候,全世界都会来帮你。”
只是命运的脚步并未沿着期待的轨迹行进。短节目排名第一,在自由滑决赛中意外地出现了两个跳跃失误,最终以0.43分的微弱劣势屈居亚军。颁奖仪式上,隋文静的眼眶里始终含着打转的泪水。
平昌冬奥会领奖台上隋文静在韩聪怀中哭泣。崔楠 摄平昌归来的很长一段时间,隋文静经常会在睡梦中哭起来。韩聪没有这样哭过,面对失利的痛苦,他唯一的处理方式就是默默忍受。回忆起那些日子,韩聪至今仍旧难以平静:“输的话,差几分都行。就差0.43分,挺不甘心的,明明距离胜利这么近,一步之遥,然后这一步就要差出四年来。”
四年,对运动员来说是一个无比漫长的过程。更何况下一个四年,韩聪将年满三十,不再是属于运动员的巅峰年华。
但别无选择。在韩聪看来,“北京冬奥会毕竟是家门口的比赛,这个路必然得走到2022年。”
于是短暂的调整与恢复之后,隋文静和韩聪又回到了赛场。不断突破着极限的边界,不仅在四大洲锦标赛和世锦赛上捍卫着自己的荣誉,还第一次拿下了大奖赛总决赛的金牌。
2022年2月19日,冬奥会双人滑冠军之战打响,这是花滑项目在这届奥运赛场的最后一场对决,也是中国代表团的最后一个夺金点。这一次,隋文静和韩聪没有再让金牌旁落,以一套近乎完美的动作,获得239.88的总分,刷新了双人滑总成绩的世界纪录。与此同时,这块终于填补了职业生涯最后空白的金牌,也让两人成为双人滑历史上史无前例的全满贯组合。
隋文静(左)、韩聪在比赛后手举五星红旗滑行。崔楠 摄成为彼此的桥
这场夺冠之战,隋文静又哭了。那天,两人的冰上舞蹈在一个彼此交缠的拥抱中结束,音乐声止息的一瞬,她顺势枕在了韩聪肩上,双目紧缩,猛烈抽泣。
这支让隋文静沉浸其中的舞蹈,讲述了她与韩聪携手成长的故事。舞蹈的配乐最初是韩聪选的,当时在编舞师劳瑞·妮可的家里听到一首名为《忧愁河上的金桥》的曲子,顿时便喜欢上了。
这的确是一首不一样的曲子。2017年,两人第一次在正式比赛中伴着它起舞,便收获了世界冠军。那之前的一年,隋文静刚刚经历了脚踝外侧副韧带重建和肌腱复位手术,右脚的软骨被全部摘除,双脚打了钢钉,在床上躺了近三个月。
当时她的脑袋里只有一个念头盘旋:以后还能不能滑冰?类似的问号也打在了韩聪心里:“如果两个人没有办法继续下去,我也不想滑了。让我重新选择(搭档)重新开始的话,太难了。”
一个人的日子里,韩聪唯一能做的就是坚持训练,然后陪着隋文静等待康复,又陪着她从站立、走路开始一点点恢复肌肉力量直至完全回归冰场。“我像桥一样,支撑她从困境当中走出来。”韩聪说。
这支舞蹈的故事没有句点,它在四年后续写出了一段几近相同又互为呼应的续章。2020年,韩聪的髋关节在承受经年伤患之后不堪重负,不得不接受手术治疗。独自训练的人换成了隋文静。不过有了之前的分别与重聚,这一次她的信心要大得多,她知道韩聪一定可以回到自己身边。
2021年的大奖赛温哥华站,隋文静和韩聪第二次在这段旋律中翩然起舞。不同于世锦赛版本,劳瑞特意在这回的音乐中加入了女声版本,同时对动作进行重新编排。由此,这支舞蹈原本单线的叙述变成了复调故事,喻示着两人互为对方的桥,起起落落,相携相持。
北京冬奥会是两人第三次表演《忧愁河上的金桥》,在一年前的基础上,又做了一些调整,将属于两个人的故事扩写成了一则献给全世界的寓言。韩聪告诉记者,这一次想通过奥运的窗口传递一份信念:“在最困难的时候,每个人的心中都需要架起一座桥梁。”隋文静也说:“我们都正在经历一个艰难的时期,希望我们的节目能给大家带来温暖,可以成为世界的桥梁。”
隋文静(左)、韩聪在北京2022年冬奥会花样滑冰双人滑自由滑比赛中。毛建军 摄值得期待的未知
即使一起经历了那么多伤痛和荣耀,如今的两个人仍旧存在着一些分歧。就像韩聪当下正陷于迷茫,觉得自己找不到一个可以再去挑战的动力和意义,隋文静却心气昂扬地认为:“人生不只有滑冰这一件事,还有很多东西值得去做。人生的长度我们不知道多长,但边界是可以无限拓展的。”
于是,隋文静忍不住对记者“吐槽”了一番:“我心疼我自己,太累了。两个人是一个整体,他的状态我一定能感觉到,如何让齿轮能够转动,其实我费了非常大的心。”不过紧接着,她便又说:“虽然很累,但最后还是很开心。”在心底里,她其实和韩聪一样,都觉得彼此能一起走到今天是幸运的。
然而再优秀的运动员终有退役的一天,如今的隋文静和韩聪也不得不开始正视这个有可能随时来临的结局。关于未来,目前还没有明确计划,与日俱增的年龄和纠缠多年的伤病让其无法确定征战下一届奥运会的可能性。不过有一点已经想好了,只要国家需要,就会坚持,如若不然,亦将坦然接受生活的一切安排。
“没有人能陪你走一辈子,人生就是这样。能陪彼此走完非常重要的一段,就非常幸运也很幸福了。”隋文静说:“未来的路上,谁能陪伴我继续往前走是一个未知,但这种未知也是值得期待的,不是吗?”同样,韩聪也说:“今后的日子,我还是脱离不开花滑,如果小隋继续想当编导的话,我们在工作上还是会有很多交集。留下了一些美好的回忆,然后再发展一些新的故事,这是很好的一种状态,对不对?”
在各自的回答中,两个人都不约而同地用一个问号作结。这是向自己发出的反问,或许也是为彼此许下的一份承诺与愿景。(完)
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