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)
揭秘:是谁在联合国气候大会上为中国谈判?******
揭秘:谁在为中国谈判?
毫无悬念,联合国气候大会又拖堂了。
计划12月13日闭幕的本届大会,这会儿仍在西班牙马德里进行中。
谁在为中国谈判?为国谈判需要什么素质?
风光背后,代表们真实的谈判生活又是如何?
亲历马德里气候大会,中新社国是直通车为你揭秘今年的中国代表团。
年轻的联合战队
据国是直通车获悉,本届气候大会中国代表团成员超60人,核心谈判代表不到30人,“80后”是“主力军”,平均年龄不到35岁。
这些谈判人员的专业覆盖广泛,包括环境科学、大气物理、国际政治等等,真正专业谈判的出身较少。
代表团成员来自五湖四海。
既有生态环境部、外交部、财政部、交通部、科技部等各大部委的代表;也有清华大学和国家气候战略中心等高校和研究机构的精兵强将。
用中国代表团团长、生态环境部副部长赵英民话说,“我们的谈判团队非常优秀"。
在他看来,这是一支以年轻人为主,朝气蓬勃的团队。"跟谈判对手一比,基本都差个10岁左右。但是水平一点不低,专业能力非常高,而且特别能战斗。”
谈判代表必备素质
赵英民对国是直通车表示,作为中国气候谈判代表,必须具备至少如下四种素质。
——有爱国心。为国家利益而谈判。这是核心。
——有大局观。熟悉国际政治,坚持人类命运共同体理念。
——有专业能力。多边场合形势瞬息万变,必须在第一时间作出快速反应,最大程度维护国家利益。
——有坚强的意志和健康的体魄。
据国是直通车观察,赵英民团长刚抵达马德里便投入多边谈判和双面斡旋,期间严重感冒,但日程表上满满当当的安排,一个都没有耽误。在日程的间隙,他还经常穿插着会见NGO、记者等与会人士。
"作为一个谈判者,最重要的是要有坚强的意志,有抗压能力。"中国代表团副团长、外交部气候变化谈判特别代表孙劲也认为,意志力是关键。
他说,在各种情况之下,对实现目标永远要保持积极的心态,永远不能放弃你要实现的目标。
跟时间赛跑
“虽然马德里是一个美丽的城市,但是谈判代表从抵达的第一天到现在基本上都是两点一线、起早贪黑,每天进入会场最早的可能就是中国代表团,离开会场最晚的,也是中国代表团。”孙劲说。
《联合国气候变化框架公约》缔约方大会涉及近200个缔约方。多边机制的一个重要特征,就是所有缔约方达成一致。诉求的多元差异,导致谈判进程极其艰难,加时赛已经成了气候大会的家常便饭。
事实上,对于每一位谈判代表来说,大会期间的每一天都在加班,白天黑夜无缝衔接,一天恨不得掰成两天用。
“80后”代表高翔,是复旦大学博士(视频中男士)。
他今年有着双重任务,一个是作为《巴黎协定》透明度议题的联合主持人,另一个是“77国集团加中国”在周期性审评议题上的集团协调员。
今年是高翔连续第11年参加气候谈判。
“每天能睡三个小时就不错了,但是第二天还是缓不过来,因为从头到尾都在开会,没有时间让你缓过来,不敢开小差。”
高翔告诉中新社国是直通车,他早上一般有三个闹钟,6点一刻响一次,是提醒自己别睡过,6点45响一次,是提醒自己下楼吃饭,7点半响一次,是提醒自己出发去会场。
![谈到深夜,代表睡在中国代表团办公室。受访者供图 谈到深夜,代表睡在中国代表团办公室。受访者供图](http://i2.chinanews.com/simg/cmshd/2019/12/15/d67d1d9ed0a24a82bc3da6e6eb624d7a.jpg)
去年的卡托维兹气候大会,因所住的地方离会场很远,为了能够把时间用在“刀刃”上,谈判人员经常会选择直接住在会场里。
“谈判会很晚很晚,就真的睡在会场,代表团很贴心地准备了睡袋。”高翔说。
在耶鲁大学拿了环境管理硕士学位的王田(视频中女士),从2012年开始加入中国气候谈判代表团。
回忆起去年卡托维茨大会,她告诉了国是直通车一个故事:因公约秘书处希望可以经常与时任中国代表团团长、气候变化事务特别代表解振华进行交流,所以特意为他准备一间离会场特别近的房间,但解振华自己并没有住,而是把房卡留在了中国代表团办公室,谁走得晚,谁就拿房卡去住。
“解主任最让我感动的,不止是把房间留给我们,还跟我们一起坐班车去会场,这样大家就尝试了在班车上开晨会,拿着导游用的大喇叭跟大家沟通情况。”王田说,这么做,无非是为了让大家多睡会儿。
跟时间的赛跑,绝不仅于此。
每次气候大会的谈判,王田最苦恼的事情是“不敢喝水”。“因为不能上厕所,一谈谈三个小时,走也不敢走。”
吃饭这事儿,经常是个"事儿"。
王田说:“有一天早上我们9点开始开会,开到下午2点,有其他国家的谈判代表说不行了,太饿了,然后主持人给了15分钟时间去吃饭,我就赶紧去找三明治和苹果,然后回来接着谈。”
2014年利马气候大会上,跟时间的战斗则让高翔“哭着”谈判。
“开夜会到晚上,晚到什么时候呢,就是我的隐形眼镜已经干得受不了了。开始不由自主地流眼泪,轮到我发言的时候,我就闭着眼睛,边流眼泪边说。”
谈判贯穿全年
没参加气候谈判前,生态环境部气候司处长陈志华眼镜的度数才100度左右,当了12年的气候谈判老兵,度数变成了400多度。
“熬夜、看材料,用眼过度视力就变差了。”
他告诉国是直通车,气候谈判不是仅仅发生在每年两个星期时间的气候大会上,更多的工作是在大会之外,进行运筹和谋划的,而且这样的磋商极为频繁。
基本上在2011年以后,他所在的处室每年涉及气候谈判的内容有30趟左右的出访任务,有双边的也有多边的。
“气候大会之外,不是在准备去谈判筹备出访的各种手续各种材料,就是在回来做总结和汇报。”陈志华说,经常往外跑,陪家人的时间很少。
为了去年卡托维兹气候大会能取得成果,高翔的邮箱在大会召开前的10月份发生过“刷屏”事件。
“那个时候真的不可想象,因为我们要出案文,我跟美国的主持人和秘书处要沟通,邮箱20分钟就刷新了满满一屏。”
王田说:“其实我们的谈判生活是贯彻了全年的,最后能在气候大会上达成一些成果都是在事前已经做了大量工作。”
"我以他们为骄傲!"
随着中国经济实力的提升和国际地位的增强,中国在气候谈判中的领导力和贡献亦在加大。
“整个中国代表团在逐步成长,特别是我们现在有很多年轻人担任议题的协调员,在整个谈判进程中发挥的作用比较大,一方面是中国整个影响力提升的结果,这也跟他们自己的专业素养分不开。”
中国代表团副团长、生态环境部气候司司长李高对国是直通车表示,以中国谈判代表的年龄来说,他们的业务水平已经达到了很高的水平。
在今年气候大会,李高让谈判代表们“放手去做两件事情”:一是学习怎么发挥对谈判进程和议题设置的引导作用;另一个是在透明度问题上打一仗。
效果怎么样?
高翔透露,出于维护议题进展的平衡,为了照顾发展中国家关切的问题,如长期资金适应的问题、评审的问题,中国在大会全会上对发达国家拦住而无法推动的议题提出了抗议和反对意见,“我们在那个时候没有妥协。”
“我觉得还是取得了非常好的效果。”李高说,很多发展中国家对中国表示祝贺。"从我们的角度来讲,这个团队很好地发挥了敢于斗争的精神,而且是有理有据、以理服人。"
高翔给国是直通车展示了他获得的一个意外的表彰: 巴勒斯坦外长签发的一封感谢信。
巴勒斯坦是今年七十七国集团加中国的主席,"我作为集团在周期性审评议题上的协调员,对团结发展中国家共同战斗发挥了作用,巴勒斯坦外长签发了一个写着我名字的感谢信"。
“应该说在今年的谈判当中,中国代表团团队也在会场会外都引起了各方的高度的评价。”孙劲表示,中国在展现大国地位,展现大国的积极形象,同时维护发展中国家的利益,在一些重要的场合和重要的谈判当中,敢于并且善于发挥引导和领导的作用。
在某些议程上,中国也给了一些发达国家非常好的警示。就是说,中国在维护发展中国家核心关切、核心利益问题上是坚定不移的,而且中国有决心也有能力实现自身的目标。
“我非常想对这个团队说,我以他们为骄傲!”李高说。
夏宾
![](http://i2.chinanews.com/simg/cmshd/2019/12/15/f3ae3bfbbd544556a9d5b65100c25fbb.jpg)
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