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）

瑞士留学剪影（走近非热门留学国(12)）******

　　陆晋（右二）与瑞士洛桑联邦理工学院的同学一起举办活动。受访者供图

　　马铭萱近照。受访者供图

　　瑞士位于欧洲中部，有“世界花园”“钟表王国”等美称。在高等教育领域，瑞士大学数量众多，其中苏黎世大学、苏黎世联邦理工学院、洛桑联邦理工学院等在欧洲及世界范围享有盛誉。近日，本报记者采访了几名中国留学生，听听他们在瑞士的留学故事。

　　优质的教学资源

　　陆晋在瑞士洛桑联邦理工学院学习金融工程。据陆晋介绍，苏黎世联邦理工学院和洛桑联邦理工学院共同组成了瑞士联邦理工学院，是世界上著名的工学院之一，有着举足轻重的科学影响力。“其中，洛桑联邦理工学院有雄厚的师资力量和卓越的科研平台，培养了不少各行业人才。我认为来此留学可以拓宽视野，享受高质量的学习环境。”

　　“瑞士的公立大学不仅教学质量高，学费也很便宜。”就读于苏黎世大学的马铭萱说，“以我所学的银行与金融专业为例，每学期学费折合人民币约5000元，比欧美高校便宜得多。”

　　“苏黎世大学世界排名靠前，项目课程安排扎实。在120个学分中，必修课、学术论文、选修课各有占比，我认为能学到很多东西。”马铭萱说，“硕士期间我印象很深的一门课是计量经济学和机器学习。这门课很有难度，每次我至少要花15小时完成作业。为了充分利用时间，我常在睡觉前就让代码开始运行，然后伴着电脑的嗡鸣声入睡，醒来之后查看代码结果。付出终有回报，结课时教授提出给坚持下来的同学写申请攻读博士的推荐信。”

　　在陆晋看来，瑞士有安全、稳定的社会环境，留学生活省心。“瑞士治安总体良好，居民生活安定，对中国留学生友好欢迎。此外，瑞士民众很看重诚信。有一次我在一家文具店买明信片，结账时店员不记得明信片的价格，她便直接问我，我回答后就顺利结账。”

　　灵活的选课制度

　　“洛桑联邦理工学院的课程设置很灵活。每个专业都设有大量的选修课，以便学生按自己的兴趣和职业发展方向提升。”陆晋说，“除了上金融必修课外，我还想学数据处理方面的知识，因此选了机器学习、人工智能方向的课，拓展了个人技能。此外，在多样的选修课中可以认识各专业的同学，这有助于打开我的交际圈。”

　　马铭萱对此有同样体会，她说：“我的选修课学分约占总学分的一半，选课的自由度很高。此外，苏黎世大学和苏黎世联邦理工学院距离近，学生还可以跨学校选课，比如我曾在苏黎世联邦理工学院上过公共经济学课，所修学分在苏黎世大学也受认可。”

　　马铭萱说：“在苏黎世大学，经济与金融系常组织学术讲座与论坛，帮助我们了解前沿的学术研究。有一次讲座请来了八九位教授，每位教授在5分钟内快速介绍自己的研究项目。我觉得这种讲座形式新颖，短时间深入浅出的讲解能抓住听众的注意力，引发学习兴趣，而且我可以一次听到八、九个研究主题，收获满满。”

　　陆晋以金融工程专业为例介绍了洛桑联邦理工学院为学生提供的实习机会。“学生需要完成6个月的实习任务。学校许多教授在行业内有广泛的人脉，他们能向企业争取到不错的实习岗位。除此之外，学校还有强大的校友网络，他们毕业后就职于各大公司，有招聘需求时就会和学校联系。”陆晋说。

　　感受瑞士生活

　　利用课余时间，马铭萱游览了瑞士不少地方，深入了解了当地的风土人情。她说：“瑞士的湖泊星罗棋布，我曾去过卢塞恩湖，它位于瑞士中部，湖水清澈，湖岸线蜿蜒曲折，景色如画。苏黎世周边的湖光山色美不胜收，当地人喜欢在周末徒步，亲近自然。”

　　“瑞士盛产巧克力，种类丰富，包装精美，很适合作为节日礼物。”马铭萱说，她曾参观过当地的巧克力博物馆。“这个博物馆很有意思，游客除了能了解巧克力的原料、生产历史、加工工艺外，还可以亲手制作巧克力，在上面绘制自己喜欢的图案，趣味横生。”

　　马铭萱对瑞士的圣诞节印象深刻，她说：“每年11月末，苏黎世的各大广场会举行圣诞集市，集市上的各个小商铺装饰精美，氛围感十足，供应热红酒、瑞士奶酪等美食。学校会组织‘神秘圣诞老人’活动，每名参与者准备好小礼物，交给活动‘小秘书’，等到圣诞节时‘小秘书’会随机向参与者发放礼物。由于大家在此之前并不知道谁是自己的‘圣诞老人’，心怀好奇和期待。”

　　陆晋在上学期间加入了洛桑联邦理工学院中国学生协会，参加了不少校园活动。“学校在2022年3月举办了‘世界文化节’，各国家的学生社团有专属一天展现本国文化的机会。为了展示中华文化的魅力，我们准备了‘看字猜意义’的活动，向参与者展示象形文字，让其猜测其意义，答对者可以领取免费中餐小食一份。此外，我们还准备了水印书法字帖供参与者临摹，中外同学纷纷上前尝试，活动现场热闹非凡。”陆晋说。