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)
对世界来说,我们还是这个重要动力源吗?******
文/王恩博
对于中国乃至整个世界经济来说,2022年都是一个极不寻常的年份。
乌克兰危机爆发并持续发酵,新冠疫情反复延宕,全球通胀高烧不退。。。。。。种种不确定因素接踵而至,多个国际机构去年初以来一路下调2022年全球经济增长预期。联合国、国际货币基金组织(IMF)等近期发布的报告一致认为,2023年全球经济增速还将进一步下滑。
国际环境风高浪急之下,多重超预期因素叠加也给中国经济发展带来冲击影响。充满挑战的一年过去后,中国还是世界经济动力源吗?
近3年中国经济平均增速远超世界
回答上述问题,数字很能说明问题。
2022年中国国内生产总值(GDP)迈上120万亿元新台阶,达121万亿元,比上年增加6.1万亿元,同比增长3.0%。
这个成绩是在多重超预期因素反复冲击下取得的,可谓来之不易。3.0%的经济增速纵向比较虽然有所回落,但与美国、日本、德国等世界主要经济体横比仍然相当可观。全年6.1万亿元的增量,更相当于一个中等国家的经济总量。
回顾过去三年,尽管中国经济“形”有波动,但持续增长的势头并未动摇。这在全球主要经济体中并不多见。
新冠疫情暴发后,美国、欧元区、日本经济秩序陷入混乱。根据世界银行1月最新数据,2020年美国、欧元区、日本经济分别下降2.8%、6.1%、4.3%;在大规模刺激政策带动下,2021年经济分别增长5.9%、5.3%、2.2%;随着政策逐步退出,2022年经济增速有所回落,世界银行预计2022年美国、欧元区、日本经济分别增长1.9%、3.3%、1.2%。
与之对比,2020年中国经济在全球率先实现正增长,是全球唯一实现正增长的主要经济体;2021年中国经济总量达到114.9万亿元,增长8.4%,一年净增13.5万亿元,史无前例,占世界经济比重达到18.6%。过去三年,中国经济年均增长4.5%,明显高于世界2%左右的平均水平,在世界主要经济体中保持领先。
让喔龇⒋锞?锰蹇嗄盏耐ㄕ臀;?膊⑽囱由罩林泄?9?ト?辏?诠┬枞笨诔中?┐蟆⒒醣页?⑼贫?拢?拦?⑴吩??用裣?鸭鄹裾欠?骄?直鸫锏�4.6%、3.7%,2022年更分别达到8%、8.4%,创多年来新高;日本通胀压力持续加大,2022年12月核心CPI同比上涨4.0%,创41年来新高。
与之相比,中国物价总水平持续平稳运行,居民消费价格涨幅三年平均为1.8%,且年度涨幅始终低于预期目标,“国际涨、国内稳”的对比十分鲜明。
多方看好今年中国经济“稳定输出”
进入2023年,中国能否继续为世界经济增长贡献“稳定输出”?
中国贸促会研究院副院长赵萍观察到,近期多个国际组织对2023年全球经济增长进行预测时,都表达了看好中国的一致观点。尽管2023年全球经济增长前景不被看好,但世界银行、IMF、投资银行高盛等都认为,中国将成为今年极少数增速高于上一年的主要经济体。
而中国经济的持续稳定增长,对世界而言无疑将是利好。
国家发改委国际合作中心研究员黄永富表示,中国不仅拥有门类齐全、独立完整、高附加值的工业体系,还坚定不移地扩大制度型开放,积极融入全球产业分工体系,各行业企业深度嵌入全球产业链,先进制造业稳步迈向中高端。
黄永富举例说,近年来,尽管全球疫情、逆全球化趋势等持续干扰,中国外贸进出口却展现了强大的发展潜力和综合竞争力。2020年,中国货物贸易进出口总值达32.16万亿元,创历史新高;2021年外贸进出口规模再上新台阶,首次突破6万亿美元关口;2022年新能源汽车出口强势增长,远超德国,成为新的出口增长点。
外资是中国分享发展机遇另一个重要风向标。继2021年实际使用外资首次突破万亿元大关后,中国吸引外资继续攀升。目前,中国吸收外资和对外投资均居世界前列,已是140多个国家和地区的主要贸易伙伴。黄永富相信,坚持高水平对外开放确保了中国发展的可持续性。
在此背景下,用国家发改委国民经济综合司司长袁达的话说,中国经济仍然是世界经济增长的重要动力源。他强调,总的来看,中国有信心、有能力、有条件推动今年经济持续回升和整体好转,实现质的有效提升和量的合理增长。
(文图:赵筱尘 巫邓炎) [责编:天天中] 阅读剩余全文() |