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)
辽宁沈阳牡丹社区——举措惠民生 服务暖民心******
辽宁沈阳牡丹社区——
举措惠民生 服务暖民心(新时代新征程新伟业)
“今天早餐咋样?”早晨不到7点半,辽宁省沈阳市皇姑区三台子街道牡丹社区党委书记王晖走进社区老年餐厅,一边刷卡买饭,一边向正在用餐的老人们打招呼。“味道好,还便宜。”几位老人很是认可。
“下午盛京医院医生来社区义诊,大伙儿别忘了去。”王晖叮嘱。见有老人带着孙辈来吃饭,她又上前说道:“社区‘四点半课堂’新开了水墨画免费课程,小朋友有兴趣可以去听听。”
今年8月17日,习近平总书记来到牡丹社区考察时指出,老人和小孩是社区最常住的居民,“一老一幼”是大多数家庭的主要关切。我国已经进入老龄化社会。要大力发展老龄事业和老龄产业,有条件的地方要加强养老设施建设,积极开展养老服务。未成年人健康成长事关国家和民族未来,事关千千万万家庭幸福安康。社区要积极开展各种公益性课外实践活动,促进未成年人身体健康、心理健康、心灵健康。
牢记习近平总书记嘱托,牡丹社区着力加强“一老一幼”服务,提升社区服务功能,让居民获得感成色更足、幸福感更可持续、安全感更有保障。
老年餐厅 就餐放心
“大爷大妈开饭了,有黑米粥、茶叶蛋、炒土豆丝、大枣馒头……”7时15分,牡丹社区居民微信群里,社区老年餐厅厨师张万里上传了刚刚录制的小视频。
看到信息,71岁的居民孙兴月带着保温饭盒走向餐厅。“一人6元钱,早餐管够。”孙兴月说,“老伴常年生病卧床,全靠我照顾,没工夫做饭。老年餐厅帮了我们大忙。”
“咱社区已经建成40多年了,现有3000多户居民,老年人比例超过40%。老年人中,空巢老人比例也超过40%。不少老人年迈体弱,对他们来说,做一日三餐是个很重的负担。”王晖说,2021年7月,牡丹社区引入第三方机构,开设了老年餐厅,推出适合老年人的少油、少糖、少盐、口感软糯的菜品。
“刚开始是一荤两素,现在一餐有五六个菜可以选择。”孙兴月说,不仅菜品更加丰富,前不久还增设了晚餐,“以前我家的晚餐,经常是把留出来的午餐热一热。”
“习近平总书记在党的二十大报告中强调,‘采取更多惠民生、暖民心举措,着力解决好人民群众急难愁盼问题’。这也是我们社区工作的根本遵循。不少老年人希望提供晚餐服务,我们就跟第三方机构协商,增加了晚餐。还有一些行动不便的老年人提出,希望提供送餐服务,我们也采纳了。”王晖说。
“安大爷,晚上吃点什么?有土豆炖牛肉、炒菜花……”下午4点多,社区养老服务中心工作人员打电话询问居民安国祥。
“两荤一素一汤,你们看着搭配吧。”电话那头,传来安国祥的声音。老人今年83岁,老伴身体不好,得知老年餐厅开展送餐服务,他马上办了月卡,线上点餐,配送上门。
半小时后,安国祥从送餐人员手中接过热乎乎的晚餐,“一共11元,便宜又省心。”
目前,牡丹社区在老年餐厅就餐的居民,已从最初的每天二三十人增加到200多人。
居家养老 服务周到
理发,每次按0.5小时结算;助浴,每次按2小时结算;室内清洁,每次按1.5小时结算……其中,重度失能老年人每月可免费享受服务时长45小时;中度和轻度失能老年人每月可免费享受服务时长30小时;80周岁以上老年人以及计划生育特殊家庭中的70周岁以上老年人,每人每月给予3小时免费居家养老服务——在牡丹社区养老服务中心,墙上展板展示着政府购买居家上门服务内容和补贴标准。
今年以来,沈阳市着力优化居家养老服务供给模式,以60周岁以上的低保户、低收入家庭、分散供养特困人员和80周岁以上老年人等为服务对象,在200个试点社区开展政府购买居家养老服务。牡丹社区是试点社区之一。
安国祥和老伴均已年过八旬,两人每月可享受共6小时的免费居家养老服务。“昨天,我选了室内清洁服务,养老服务中心工作人员当天就上门打扫卫生。”安国祥说,“你们看,家里多干净。”
倡导志愿者与31户社区老年困难家庭结对帮扶,为社区45名孤寡老人提供每日走访服务……开展试点工作之际,牡丹社区主动作为,针对特殊困难老人推出更多关爱服务。王晖介绍:“今年以来,社区安排社工和网格员每天走访孤寡老人,掌握健康情况。”
眼看着天要下雪,王晖记挂74岁的孤寡老人单书清,吃罢午饭就拨通了她的电话。挂了电话,裹上羽绒服,王晖来到单书清家。“天快下雪了,您出门要注意保暖。”王晖叮嘱完,又问,“您的智能手环弄好了没?”
单书清捋起袖子,露出手腕上崭新的智能手环:“好啦!昨天社工过来就帮我整好啦,能测血压、看时间和一键呼救。有急事就呼你们。”
从单书清家出来,王晖来到社区养老服务中心,点开社区智慧养老信息平台,在健康数据查询一栏输入单书清的名字,电脑屏幕上立即显示出相关数据:高压127毫米汞柱,低压79毫米汞柱;心率74次/分钟;血氧98%……“我们为每一位孤寡老人配备了智能手环,社区工作人员能够第一时间掌握老人的健康动态。”王晖说。
教育课堂 陪伴成长
翻滚、侧旋、穿过障碍物、点刹着陆,一气呵成。在牡丹社区党群活动中心二楼大厅,9岁的栾家瑞操作航空模拟飞行设备,控制飞机完成一个又一个技术动作。在他身旁,还有11名孩子,每人都在操作一台设备。“我很喜欢航模课程,最近学会了操作新机型,有空就来练。”栾家瑞说,自己的梦想是当一名飞行员。
来自皇姑区航空实验小学的科技教师李岩,正在一旁指导。“社区邀请我们在这里开设航空模拟飞行课程,一周两次,报名的孩子越来越多。”李岩说。
二楼小教室里,3排6张长桌上,笔墨纸砚已备好,12名孩子目不转睛地盯着老师,不时抬起小手,模仿着运笔着墨的动作。教室外墙上张贴着课程表:绘画、书法、篆刻……
7岁的张凯博正读小学一年级,这是他第一次参加水墨画课程。“孩子愿意学,我们也想培养他的兴趣爱好。这个课堂确实好。”他的妈妈吴云告诉记者。
学校放学,社区“开学”。5年前,牡丹社区免费开设幸福教育课堂,为社区特困家庭、双职工家庭等儿童提供课业托管、兴趣培养等公益课程,被居民们称作“四点半课堂”。
“我们邀请大学教授、中小学老师和志愿者来为孩子们免费讲课,社区3到12岁的孩子都能报名。如今已开设20多门课程,累计有近万人次上课。”王晖介绍。
习近平总书记在牡丹社区考察时指出,小康梦、强国梦、中国梦,归根到底是老百姓的“幸福梦”。
“我们将继续做好‘一老一幼’服务工作,采取更多惠民生、暖民心举措,和大家一起建设更加美好的家园。”展望未来,王晖充满信心。 (人民日报 记者 辛 阳 刘佳华)
(文图:赵筱尘 巫邓炎)