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)
用细致“心”保障春运“暖”——2023年铁路春运一线见闻******
新春走基层|用细致“心”保障春运“暖”——2023年铁路春运一线见闻
随着疫情防控进入新阶段后的首个春运拉开帷幕,铁路客流快速攀升。铁路部门如何保障平安春运、有序春运、温馨春运?带着问题,记者走访了北京重要的铁路客站和铁路服务环节。
急客通道、医疗服务,春运“归途”很暖心
满载归心似箭的游子,驶向期待团圆的家乡。1月7日进入春运以来,北京各大铁路客站客流持续攀升。交通运输部的数据显示,预计今年春运期间客流总量约为20.95亿人次,恢复到2019年同期的70.3%。
春运期间,北京南站候车大厅,旅客依次排队检票,秩序井然。(新华社记者陈旭 摄)“得益于前期充足准备,北京南站运行总体平稳有序。”中国铁路北京局集团有限公司北京南站客运车间党支部书记董芳说,车站实时分析客流需求,对于重点热门方向及时掌握车票预售和候补情况,梯次投放运力。
在北京南站进站口,一位旅客找到车站工作人员:“还有15分钟开车,请帮帮我。”在工作人员引导下,这位旅客通过“急客”通道顺利上车。
站台上,润秋服务组工作人员韩畅正推着残疾人旅客上车。“为旅客服务,我们没有终点。”韩畅说,每个“春运人”都全身心投入工作,用更细致的工作,保障旅客旅途暖心、安心。
北京南站站台上,润秋服务组工作人员韩畅(图中右一)正在帮助重点旅客。(新华社记者陈旭 摄)据悉,今年春运期间,北京南站夜间不完全闭站,为需要候车休息的旅客划定休息区;联合北京佑安医院在候车厅开设医疗服务点,为有需要的乘客提供帮助;设置了去往北京各大火车站的乘车路线导航“小彩条”,为重点旅客提供便携式呼叫铃……
“暖心的服务让人安心。”从山东潍坊带孩子来北京看病的宋先生说,高铁线路越来越密,当天就能往返北京,希望兔年孩子康复,日子更好。
先“体检”再上线,高铁“医生”护列车安全
三年疫情,铁路客流骤降。不少车辆“趴”在车辆段没有上路,它们的维修保养工作做得如何?能否顺利通过春运“大考”?记者来到京津冀最大的动车组检修维修基地——中国铁路北京局集团有限公司北京动车段。
作为北京地区唯一的动车段,北京动车段配属动车组228列,负责京沪、京广、京张、京哈等线路动车组的检修调试和保养工作。
春运期间,北京动车段北京南动车运用所检修车间内,两辆和谐号正在检修。(新华社记者陈旭 摄)“别人过节放假,我们是越到节日越忙,天气越冷越忙。”北京动车段副段长魏巍带领记者来到检修车间,为保证动车组以最佳状态上线春运,段里早早就开始准备。
早上八点,技术员万奇鑫收拾好装备,开始进行检修。在高铁“医生”眼中,给列车“看病”是个“良心活”,每个环节缺一不可,要做到万无一失,必须怀着敬畏之心。
万奇鑫的小组今天要对列车进行空心轴探伤,空心轴对动车组安全运行影响巨大。以前检修时,靠老师傅用小锤敲打、听声判伤,现在使用超声波探伤器,更可靠更高效了。
技术员万奇鑫(左一)将40多斤重的探伤器放入空心轴。(新华社记者陈旭 摄)“春运开始后,全所12条检修车道不停地‘翻台’。”万奇鑫说,随着和谐号、复兴号、复兴号智能动车组等多种车型上线运行,检修工作的挑战也更大了。技术人员要不断学习、增强本领,确保车辆健康、春运安全。
健康过大年 重温冬奥情 京张高铁“冰雪之旅”很热门
随着春运开启,京张高铁迎来北京冬奥会结束后首个滑雪热潮。
在清河站,不少旅客正在等待乘坐京张高铁D6715次列车,前往崇礼体验冰雪乐趣。中国铁路北京局集团有限公司清河站站长王小勇说,预计春运期间单日旅客发送量在2万人次到2.5万人次之间,将达到开站以来的最高峰。
在北京冬奥会的带动下,越来越多的中国人了解、喜欢上了冰雪运动。
“崇礼站开站一年来,客流逐步增加,今年元旦假期,单趟运送雪板的数量就达到将近100件,赶上周六日,列车还要重联运行。”北京客运段京张高铁列车长王亚丽说,为方便携带雪板的旅客,清河站在候车大厅增设了雪具托运点,方便旅客办理托运。
25岁的庞先生在上海工作,周末专门坐飞机到北京,从大兴机场换乘地铁到清河站后,转京张高铁抵达崇礼。“全程衔接顺畅,交通非常高效,我们周末滑完,周一就可以回去上班。”庞先生说。
回升的客流里,是悄然回归的暖意。2023年春运,带回了人们久违的烟火气,也重启了活力与希望。新的一年,必将更加美好。(新华社 陈旭、丁静、李溢春)
(文图:赵筱尘 巫邓炎) [责编:天天中] 阅读剩余全文() |