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)
2022·习近平的足迹丨“时时放心不下”******
“有位革命前辈曾说过这样的话,‘时时放心不下’。我听了很有共鸣。”
4月的海南,春潮涌动,习近平总书记来到这里考察。一句“时时放心不下”,饱含深情,令人动容。
时时放心不下,体现着浓浓的为民情怀,“中国共产党执政的唯一选择就是为人民群众做好事,为人民群众幸福生活拼搏、奉献、服务,这种执着追求100多年来从未改变”。
时时放心不下,体现着一以贯之的居安思危,“对变化莫测的形势要有一种底线意识、危机意识”。
时时放心不下,体现着矢志民族复兴的责任与担当,“实现第二个百年奋斗目标也就是一两代人的事,我们正逢其时、不可辜负,要作出我们这一代的贡献”。
2022年,从年头忙到年尾,习近平总书记多次赴地方考察。那些看过的人、讲过的事、部署的工作,总书记“时时放心不下”。
1月4日,2022年第一个工作日,习近平总书记第五次实地考察冬奥筹办工作。
冒着严寒出发,深入体育场馆、媒体中心、训练基地等,总书记一路看,一路思索,一路鼓劲。
12个竞赛场馆全部提前完工,3个冬奥村如期交付使用,京张高铁、京礼高速全线通车,奥运史上首次实现全部场馆绿色电力全覆盖……考察途中,习近平总书记回忆起这些年申办筹办冬奥的往事:“2015年申办成功,奔着当时提出的愿景目标,我们按计划一件事一件事地办,都办成了。走到今天不容易。”
这一年,踏踏实实走过来的,不止是冬奥,还有许多老百姓的关切事。
“衣食住行,还有医药,老百姓最关心的就是这些。要多搞一些新品种、创新药、国产药,把药价平抑下来,为百姓谋福利。”今年6月在四川考察时,习近平总书记叮嘱道:“老百姓的事,要实实在在干,干一件是一件,干一件成一件。”
△2022年8月15日,四川眉山,收割机在太和镇永丰村稻田收割水稻。
一年来,百姓的衣食住行,总书记惦念在心:
看“衣”——在海南五指山市水满乡毛纳村调研时,习近平总书记遇到一个7岁的男孩在跟着奶奶学织锦。“九仙织女下凡间,开创黎锦三千年。”千年黎锦,指尖传承,织就黎族姑娘最美的嫁衣,进入联合国教科文组织首批急需保护的非物质文化遗产名录。总书记叮嘱大家:“搞好非物质文化遗产传承,推动巩固拓展脱贫攻坚成果同乡村全面振兴有效衔接。”
看“食”——四川眉山市太和镇永丰村,建成了四川省规模最大的水稻新品种新技术中试基地。总书记强调,要严守耕地红线,保护好这片产粮宝地,把粮食生产抓紧抓牢,在新时代打造更高水平的“天府粮仓”。
看“住”——在辽宁沈阳牡丹社区,总书记专门看了老旧小区改造情况:“基础设施要齐全、安全,水、电、气、暖等要改造好,让大家住着夏天凉爽、冬天温暖,要确保安全,决不能发生安全事故。”
“住”的条件要保障,“住”的环境也要重视。“从历史长河来看,如果说我们这一代人能留给后人点什么,我看生态文明建设就是很重要的一个方面。生态文明建设最能给老百姓带来获得感,环境改善了,老百姓体会也最深。”
看“行”——曾几何时,新疆是“路到头、人到头、水到头、电到头、田到头”的边境之地;如今“钢铁驼队”中欧班列,沿着昔日张骞凿空之路,将西北边陲变成开放前沿。在新疆考察时,总书记思虑长远:“过去是内陆的一个省份,现在有了‘一带一路’就不同了。这里不再是边远地带,而是成为一个核心地带,成为一个枢纽地带。”
今天,新疆的传统美食馕、水果蔬菜、服装鞋帽通过“一带一路”走出国门,哈萨克斯坦的面粉和清油、巴基斯坦瓜达尔港的龙虾和石斑鱼、格鲁吉亚的红酒、乌兹别克斯坦的糖果和饼干、阿塞拜疆的果汁、马来西亚的咖啡……沿着“一带一路”走进寻常百姓家。
多年前,在福建工作时,习近平曾讲:“百姓的事,要时时放心不下。”多年后,作为新时代中国的领路人,习近平总书记指出:“共产党把所有精力都用在让老百姓过好日子上。好了还要再好,不能止步。”
全面推进乡村振兴、个人养老金制度扬帆起航、退休人员基本养老金连续调整、城乡居民养老保险缴费档次及基础养老金“水涨船高”……一年来,一系列行之有效的措施,大大提升了老百姓的幸福感、获得感、安全感。
“我们都是脚踏实地,实现一个又一个目标,解决一个又一个问题,积小胜为大胜。我们有定力、有韧性。56个民族拧成一股绳,同心协力,踔厉奋发,这样努力下去一定会更好。”
百年变局交织世纪疫情,国内外发展环境复杂严峻。
“百年变局,一件事一件事出来,一会儿灰犀牛,一会儿黑天鹅。对变化莫测的形势要有一种底线意识、危机意识。”在海南考察时,习近平总书记语重心长。
把困难估计得更充分一些、把风险思考得更深入一些,无论风云如何变幻,最重要的还是要办好我们自己的事。
在海南,习近平总书记多次谈到这个话题——
“只有用自己的手攥紧中国种子,才能端稳中国饭碗,才能实现粮食安全。”
“用我们自己制造的装备,开发我们的油气,提高我们的能源自给率,保障我们的能源安全。这是一件具有战略意义的事情。”
“中国一定要把制造业抓在自己手里。14亿多人口的大国,靠别人是不行的,只能靠我们自己发扬自力更生的精神。”
“靠自己”的战略定力,给了我们化险为夷、化危为机的底气。
在湖北武汉,总书记强调,把科技的命脉掌握在自己手中,国家才能真正强大起来。
在辽宁沈阳,总书记指出,坚持自力更生,把国家和民族发展放在自己力量的基点上,牢牢掌握发展主动权。全面建设社会主义现代化强国,实现第二个百年奋斗目标,必须走自主创新之路。
在陕西延安,总书记强调,脚踏实地、苦干实干,集中精力办好自己的事情,把国家和民族发展放在自己力量的基点上。
△辽宁沈阳新松公司成功研制出了具有完全自主知识产权的工业机器人等五大系列百类产品,累计出口到40多个国家和地区。
11月30日清晨,神舟十五号航天员乘组入驻“天宫”,与神舟十四号航天员乘组相聚中国人的“太空家园”,开启中国空间站长期有人驻留时代;12月20日,世界在建规模最大、综合技术难度最高的水电工程——白鹤滩水电站最后一台百万千瓦机组投产发电,这标志着世界最大清洁能源走廊全面建成;12月26日,东航全球首架C919总计100小时的验证飞行拉开帷幕……我们通过坚定不移走自己的路、办好自己的事,创造一个又一个举世瞩目的成就。
正如习近平总书记在四川考察时所说:“集中精力把自己的事情办好,不管风云变幻,无论风吹浪打,我自岿然不动。14亿多中国人民、9500多万党员,守好我们的岗位,做好我们的本职工作,为实现第二个百年奋斗目标、实现中华民族伟大复兴作出自己应有的贡献!”
金秋时节的延安高桥镇南沟村,累累硕果,挂满枝头。
陕北的气候、光照、纬度、海拔等有利条件,让这里的苹果种植业成为“最好的、最合适的产业”。10月26日,习近平总书记来到南沟村的苹果园里,与老乡们拉家常。
过去陕北老乡修梯田、种庄稼,面朝黄土背朝天,抡起老锄头干活,广种薄收,十分辛苦。如今山坡上退耕还林种上了苹果,老乡们有工作、有稳定收入,孩子有好的教育,老人都有医保,生活越来越好。总书记深有感触:“从陕北的变化就可以看到中国的变化。”
这是党的二十大后,习近平总书记首次离京考察。党的二十大制定了当前和今后一个时期党和国家的大政方针,描绘了以中国式现代化全面推进中华民族伟大复兴的宏伟蓝图。
“我们要继续向前走,努力实现中华民族伟大复兴。”回望2022,对于民族复兴蓝图的谋划部署,贯穿于总书记考察行程始终。
△市民在国家速滑馆“冰丝带”滑冰。
在冬奥场馆里,总书记指出:“从体育强国到健康中国,人民的健康、人民的体质、人民的幸福,都是一脉相承的。这是全面小康、全面现代化的题中之义。”
在广袤的田野上,总书记强调:“推进农业现代化,既要靠农业专家,也要靠广大农民。我们有信心、有底气把中国人的饭碗牢牢端在自己手中。”
在生产一线,总书记要求:“中国是世界工厂,但我们更要做制造强国。中国要实现现代化,方方面面都要强起来。”
在公园文化广场上,习近平总书记说:“中国式现代化是全体人民共同富裕的现代化,不能只是少数人富裕,而是要全体人民共同富裕;中国式现代化是物质文明和精神文明相协调的现代化,要弘扬中华优秀传统文化,用好红色文化,发展社会主义先进文化,丰富人民精神文化生活。”
在延安革命纪念馆内,总书记强调“扎实推进共同富裕”和“让现代化建设成果更多更公平惠及全体人民”。
10月27日,习近平总书记带领新当选的二十届中共中央政治局常委来到延安——毛泽东同志曾说:“陕北是两点,一个落脚点,一个出发点。”
70多年前,我们党从这里出发,进驻西柏坡、挺进北京城,完成了走出延安窑洞、走上天安门城楼的伟大壮举;
70多年后,在党的二十大闭幕之际,在迈上全面建设社会主义现代化国家新征程、向第二个百年奋斗目标进军的关键时刻,重回陕北,新时代、新征程、新的伟业,从这里启航。
这是“胜利的出发点”——以身许党、夙夜在公的中国共产党人,以“时时放心不下”的责任感、积极担当作为的精气神,团结带领全国人民开启了新的远征!
总监制丨钱蔚 王姗姗
监制丨 张鸥
制片人丨兴来
主编丨宁黎黎
编辑丨杨彩云
视觉丨江雨航
校对丨程昱
(文图:赵筱尘 巫邓炎)