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)
非遗点亮“老家河南”******
河南是文化和旅游部非物质文化遗产司确定的“非遗助力乡村振兴”试点省份。今年8月,河南省文化和旅游厅公布鹤壁市、栾川县、宝丰县、长垣市、辉县市、温县、林州市、信阳浉河区8个市(县、区)为河南省首批“非遗助力乡村振兴”试点地区,支持其开展试点工作,试点期限为1年。几个月来,这些试点地区围绕非遗赋能乡村振兴,在“非遗进景区”“非遗进民宿”、非遗研学旅游基地建设、非遗主题旅游线路打造等方面下功夫,探索“非遗+旅游”发展新路径。
河南浚县的“声声不息”泥咕咕创意空间
非遗工坊带动农民就业增收
“栾川豆腐制作技艺”张盘豆腐作坊、“二十四节气”隐心谷民俗园、“传统小木作技艺”鸡冠洞小木作传习所、“豫西民居营造技艺”大王庙及石门土屋、重渡沟民俗一条街、寨沟豆腐宴、“走马灯”非遗研学基地……在河南栾川县,依托非遗项目成立的非遗工坊,带动当地300余户就业,线上线下创造产值2500余万元。
2021年至2022年,栾川县克服疫情影响,在重渡沟景区先后建成“纺织院”“土陶坊”“醋坊”“竹编坊”等富有非遗特色的民宿小院14家,创造产值260余万元,为栾川乡村振兴增添文化元素。
河南省文化和旅游厅非遗处处长于洁介绍,近年来,河南全力推动非遗工坊建设。据统计,河南现有非遗工坊(含非遗扶贫工坊)156个,原国家级贫困县域内非遗工坊97个,44个工坊被纳入巩固脱贫攻坚成果和乡村振兴项目库,非遗工坊直接带动4330余户、1.2万余人脱贫。
除此之外,河南还抓好非遗工坊产品营销推广。面向全省非遗工坊征集工坊产品信息,共有洧川豆腐、莫家酱菜等150余种非遗产品进入河南非遗工坊产品目录库。2022年“文化和自然遗产日”期间,河南以工坊产品为重点,开展丰富多彩的非遗购物节活动,全省600多个非遗商家参与活动,涵盖衣、食、住、行多个方面,共同推介河南非遗好物。其中,非遗工坊和老字号213个,占比36%;上线项目总数387个,占比65%;线上销售768万元,线下销售2072万元,总计2791万元。
“非遗点亮计划”推动在地文化融入
河南是非遗资源大省,截至目前,河南省拥有人类非物质文化遗产代表作名录项目4个,国家级非遗代表性项目125个、省级非遗代表性项目1030个。
自2021年起,河南省文化和旅游厅与全国大学生乡村振兴创意大赛合作,实施黄河非遗点亮“老家河南”计划,先后开展了首届全国大学生乡村振兴创意大赛、青年乡村营造行动。借助优质团队和创意导师力量,挖掘非遗故事、建设非遗空间、打造非遗文创,探索出一条“政府搭台、高校赋能、企业助力、乡村重塑、传承人参与”的非遗振兴乡村新路径。
从2022年2月起,河南继续深化实践,变“赛”为“营”,创新开展黄河非遗点亮“老家河南”青年乡村营造行动。在全省遴选出栾川县重渡沟景区、辉县市郭亮村、浚县古城等9个营地,汇聚高校专家、青年设计师、业界人士与大学生等多方智力,全方位激活乡村文化动能。7月,河南相继举办了出征仪式、开营仪式和营长沙龙,共邀约国内外40个优质团队,通过陪伴式在地乡建、非遗乡创等路径,将黄河非遗元素植入空间打造和文创设计中。
以国家级非遗项目浚县泥咕咕为例,河南师范大学“古鸠泥作”项目成员们受泥咕咕的启发,设计出“泥小妮”IP形象。“泥小妮”是个泥塑的小姑娘,她头戴小鸟泥咕咕造型帽子,怀抱小鸟泥咕咕,萌态十足。后来还衍生出航天员、花木兰形象的“泥小妮”,很受公众欢迎。
“目前50个空间项目、40个文创项目牵手各地特色非遗,预计2023年1月可以收获成果。”全国大学生乡村振兴创意大赛秘书处副秘书长、浙江财经大学中国乡村振兴研究院副院长刘亚辉说。
“非遗+X”促进文旅深度融合
在红旗渠精神的发祥地林州市,乘着全域旅游的东风,各镇各村积极利用非遗资源,以文塑旅,以旅彰文,形成了一批乡村非遗旅游新模式。石板岩高家台村积极打造集休闲、游览、体验、购物为一体的乡土民情旅游目的地,吸引了全国各地游客和美院师生游览、写生,年接待游客超过20万人次。东姚镇每年春节举办社火表演活动,吸引周边群众前去观看,促进了节日经济发展。横水镇马店灯会每年春节期间举办,是集赏灯、转灯、庙会、文艺汇演等为一体的民间活动。
在信阳市浉河区,当地将董家河汪家拳传习所、董家河民歌基地、浉河港文新茶村、土门周肖同茗等非遗基地串珠连线,在旅游中布局连线非遗场馆,打造精品非遗旅游线路;在鸡公山、南湾湖、五曲峡、文新茶村、何家寨、郝家冲等景区,植入信阳民歌、茶艺、太极拳等10余项非遗,探索沉浸式非遗演艺。
据介绍,下一步,河南将继续深度整合自然资源和人文资源优势,在加强非遗保护的基础上,推动非遗工坊、“非遗进民宿”“非遗进景区”“非遗进购物店”建设,同时与传统村落、传统街区保护相结合,打造“非遗小镇”“非遗街区”“乡村康养旅游示范村”等具有明显非遗IP属性的消费集聚区和特色村镇,依托非遗场馆和非遗项目探索开展研学旅游,打造“望得见山、看得见水、记得住乡愁”的文化旅游目的地和文化旅游产品,推动非遗助力乡村振兴工作再上新台阶。(本报驻河南记者 张莹莹 文/图)