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)
“杨拴明组合字”成功挑战个人第二项吉尼斯世界纪录******
天蓝地黄,是秦晋大地对于黄土高原的回应;冰瀑入壶,是黄河母亲对于北方冬日的回应;万幅画框,是“杨拴明组合字”对于文化自信的回应——12月15日10时,随着石占明老师一曲嘹亮的《天下黄河九十九道弯》在壶口瀑布上方回响,“杨拴明组合字”挑战吉尼斯世界纪录现场活动正式拉开帷幕。这是继2019年6月23日,杨拴明成功挑战吉尼斯世界纪录称号“最大的折页书”之后,向其个人第二项世界纪录发起的冲刺。
始于经典,组合生趣。据挑战活动组委会介绍,本次参加挑战的“杨拴明组合字”既包含了多年创作的精品,也不乏近年杨拴明潜心研究、与时俱进的新作,是他在这一领域研究的一次集中展示、展览。其内容涉及经典古籍、四大名著、成语俗语、诗词歌赋、古今名联、国防军事民生、中国上市公司名称、中国5A景区名称、大学校训等42个相对独立又延展关联的系列篇章。而且,所有作品均选自于其已获得国家版权局发证保护的2.8万个作品之中,其规模之大、形式之新、影响之广,可谓开创了文化展览与传播的新篇章。
跟随吉尼斯世界纪录认证官吴晓红女士的步伐,徜徉在挑战活动现场,融入了母亲河恢弘宽广胸怀的“杨拴明组合字”作品似乎显得很渺小。但从一到十、上百过千,破万后还在继续……一种对于生活的热爱、对于文化的执着、对于生命的崇敬,穿透画框铺面而来,一个个组合字像是有了灵性般逐渐长大而变得生动而形象,如同身后奔腾的黄河水,内敛而厚重,汹涌而磅礴。杨拴明说,他是来自吕梁山的一个普通庄户人,但从小对于文字、文学、文化的痴迷和热爱延续至今,让每一个生命的特定阶段,有了不同的意义。但无论是因热爱而保持了数十年如一日的练字习惯,还是为挑战成功而付出的努力与坚持,只要咬定青山不放松,这些“都将成为我们实现人生目标丰富的阅历和过程,最终让梦想因此而闪亮“。
海外华人书法家协会联合主席兼老挝分会主席、中国美术学院公共艺术研究院社会美育研究院副院长叶剑锋,海外华人书法家协会非洲分会联合主席、坦桑尼亚华人书法家协会主席、比利时世界文化艺术交流中心顾问、中国名家联合书画艺术院顾问陈天寿作为特邀嘉宾参加了挑战活动,同时他们也是此次挑战作品篇章序言的创作者。叶剑锋主席表示,虽然为杨拴明先生撰写序言的42个国家的书协主席、总会会长无法亲历现场,但作为他们的代表,在感知了现场的震撼与气度后,倍感荣幸与激动,“尤其是杨拴明先生将许多传统文化的元素,比如诗词歌赋、古籍名著蕴含其中,再根据美学、结构学、文字的特点进行组合创新,就是为传统赋新生,让创新有内涵。”
中国象棋国际特级大师、蒙目棋吉尼斯世界纪录保持者蒋川在挑战活动现场,同样激动地分享着“冬日壶口的壮美和杨拴明先生1.5万幅挑战作品”带来的双重震撼。他说,如果杨先生三年前的成功挑战“是对人体生理机能和体能的一次挑战,是将梦想落于现实的一次真实考验,是充盈精神、鼓舞人生最好的注解与完美诠释”,那么此次衷于传承、不断创新、肩负重任的 “杨拴明组合字”,也一定会带着他持之以恒挑战的勇气和为之不懈努力坚守精神,传递给越来越多的人以力量和信心。
挑战活动上,吉县县委书记赵松强向杨拴明亲自颁发了由中共吉县县委、吉县人民政府授予的“吉县文旅发展宣传大使”证书,吉县县委副书记、代县长牛永福还与杨拴明互赠了双方极具知名度和美誉度的礼物——红彤彤的吉县苹果以及杨拴明特意创作的“吉县苹果撩人香”组合字作品,更是引来现场的阵阵掌声。
15282、15283……15289!在吉尼斯世界纪录认证官及现场工作人员的共同见证下,“杨拴明组合字”挑战吉尼斯世界称号“最大规模的画框展”成功!自此,杨拴明也成为两项吉尼斯世界纪录的创造者,挑战结束后“杨拴明组合字”展览同步进行,据了解,该展览将陆续开启全球巡展的征程,带着传承与创新的文化使命,让组合字走入更广阔的舞台,让传统文化迸发迷人光彩。
央视著名山西籍主持人任志宏倾情为挑战活动助力,晋剧表演艺术家、国家一级演员栗桂莲等名家大咖的精彩演绎,更与挑战活动相得益彰、共续华章。
(文图:赵筱尘 巫邓炎)