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揭秘量子反常霍爾效應(yīng)實(shí)驗(yàn)團(tuán)隊(duì)的85后

發(fā)布時(shí)間:2013-04-22 作者:本站整理 來(lái)源:中國(guó)青年報(bào) 瀏覽:2116

上排自左至右依次是龐遠(yuǎn)、常翠祖、張金松,下排自左至右依次是沈潔、郭明華、馮硝。圖片由何珂提供

  至今,凝聚態(tài)物理學(xué)界還處在“興奮”之中。從那篇載著“中國(guó)科研團(tuán)隊(duì)首次實(shí)現(xiàn)‘量子反?;魻栃?yīng)’”成果的論文3月14日在線發(fā)表于美國(guó)《科學(xué)》雜志后,消息便從不同渠道被報(bào)道出來(lái),其中最為吸引外界眼光的是有關(guān)“諾貝爾獎(jiǎng)”的字眼,與其相關(guān)的兩項(xiàng)研究——整數(shù)量子霍爾效應(yīng)、分?jǐn)?shù)量子霍爾效應(yīng)的發(fā)現(xiàn)者分別于1985年和1998年獲得諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)。

  前不久,由清華大學(xué)薛其坤院士領(lǐng)銜的清華大學(xué)和中國(guó)科學(xué)院物理所的聯(lián)合研究團(tuán)隊(duì)在京宣布這一成果時(shí),物理學(xué)家、諾貝爾獎(jiǎng)得主楊振寧更是直言不諱地將這一成果稱(chēng)為“這是第一次從中國(guó)實(shí)驗(yàn)室里發(fā)表的諾貝爾獎(jiǎng)級(jí)的物理學(xué)論文”。

  鮮為人知的是,這篇文章的第一作者分別是清華大學(xué)物理系博士生常翠祖、張金松、馮硝和中科院物理所博士生沈潔。這個(gè)團(tuán)隊(duì)里有13名學(xué)生,都是名副其實(shí)的85后,年齡在24歲到28歲之間。

  作為文章的第一作者和實(shí)驗(yàn)的主力軍,他們是如何接觸到這一項(xiàng)目,又是怎么克服浮躁一步步把成果做出來(lái)的,中國(guó)青年報(bào)記者近日對(duì)他們進(jìn)行了采訪。

“在你的實(shí)驗(yàn)期間有可能是做不出成果的,這個(gè)我一開(kāi)始就做好了這個(gè)打算”

  實(shí)驗(yàn)文章的通訊作者之一、中國(guó)科學(xué)院物理所副研究員何珂在接受媒體采訪時(shí)經(jīng)常提到這樣一個(gè)細(xì)節(jié):“就在實(shí)驗(yàn)半年沒(méi)出現(xiàn)大的進(jìn)展,甚至開(kāi)始考慮做別的項(xiàng)目”時(shí),一個(gè)學(xué)生的“意外之舉”讓整個(gè)實(shí)驗(yàn)出現(xiàn)轉(zhuǎn)機(jī):為了避免薄膜受到外界干擾,實(shí)驗(yàn)團(tuán)隊(duì)會(huì)在薄膜上面加一個(gè)覆蓋層,而一位學(xué)生將保護(hù)薄膜的覆蓋層去掉后,竟發(fā)現(xiàn)霍爾電阻的信號(hào)大大增強(qiáng)了,“有了反?;魻栃?yīng)的跡象,之前一直都沒(méi)有看到這種跡象。”

  這名學(xué)生就是馮硝,清華大學(xué)2008級(jí)直博生,現(xiàn)在五年級(jí),生于1985年。她的導(dǎo)師就是此次實(shí)驗(yàn)工作的團(tuán)隊(duì)帶頭人、論文的第一通訊作者、清華大學(xué)教授、中國(guó)科學(xué)院院士薛其坤,在這次實(shí)驗(yàn)工作中,馮硝被分到馬旭村和何珂的實(shí)驗(yàn)小組,在物理所的儀器上做實(shí)驗(yàn)。

  事實(shí)上,在整個(gè)實(shí)驗(yàn)完成之前,馮硝并未想過(guò)一定要有個(gè)什么樣的結(jié)果,她告訴記者,“在你的實(shí)驗(yàn)期間有可能是做不出成果的,我一開(kāi)始就做好了這個(gè)打算。”

  對(duì)基礎(chǔ)研究工作來(lái)說(shuō),沒(méi)進(jìn)展是常態(tài),進(jìn)展和飛躍只是很小的一部分,大部分時(shí)間都是平臺(tái)期,常常要連續(xù)幾個(gè)月甚至近一年的時(shí)間沒(méi)有成果。馮硝說(shuō),“沒(méi)進(jìn)展遇到瓶頸時(shí)也會(huì)很著急,想弄清楚究竟是什么東西阻擋了我們進(jìn)一步往前走。”

  有時(shí)候,他們也會(huì)感到“狀態(tài)不太對(duì)”。學(xué)生們定期要向指導(dǎo)老師做進(jìn)展報(bào)告,而他們的團(tuán)隊(duì)出成果總要慢一些。當(dāng)看到同一個(gè)大實(shí)驗(yàn)室里,周邊其他實(shí)驗(yàn)組同學(xué)的數(shù)據(jù)總是有進(jìn)展,而他們這邊卻“停滯不前,就會(huì)很擔(dān)心,老師可能會(huì)覺(jué)得我們不夠努力,或者對(duì)我們比較失望”。

  幸運(yùn)的是,實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目的指導(dǎo)老師似乎看透了“自己的心思”,大多時(shí)候都在肯定他們的工作,說(shuō)“你做的這些嘗試都是值得的,起碼我們知道哪些路是走不下去的”。還有些時(shí)候,導(dǎo)師們會(huì)給些更具體的建議,“我們覺(jué)得沒(méi)有進(jìn)展,但在導(dǎo)師看來(lái),還是有結(jié)果的。”馮硝說(shuō)。

  在基礎(chǔ)研究領(lǐng)域,一個(gè)好的題目就是成功的一半。對(duì)于這些85后博士生來(lái)說(shuō),選擇一個(gè)好的實(shí)驗(yàn)團(tuán)隊(duì)甚至遇到一位好的指導(dǎo)老師,或許就是成功的一半。

  沈潔的博士生導(dǎo)師是中國(guó)科學(xué)院物理所崔琦實(shí)驗(yàn)室的研究員呂力,在一次中國(guó)物理年會(huì)上,沈潔經(jīng)本科的老師介紹,在會(huì)上和呂老師聊了起來(lái),她覺(jué)得“呂老師的脾氣特別好,實(shí)驗(yàn)室研究的方向也是我感興趣的。”馮硝選擇薛其坤做自己的導(dǎo)師也是類(lèi)似的過(guò)程,因?yàn)橐恢睂?duì)實(shí)驗(yàn)物理感興趣,在保研時(shí),她通過(guò)郵件聯(lián)系薛老師,薛老師說(shuō):歡迎!后來(lái),她順利通過(guò)了面試,進(jìn)入了薛老師的課題組。

  而在團(tuán)隊(duì)中工作時(shí),兩名年輕老師——35歲的何珂和38歲的王亞愚(實(shí)驗(yàn)文章的通訊作者之一、清華大學(xué)教授),也總能給學(xué)生很多“正能量”。“他們自己總是充滿(mǎn)能量和激情,身體力行地向?qū)W生證明,做科研是很有趣的。”清華物理系五年級(jí)博士生張金松說(shuō),王亞愚老師寫(xiě)文章的速度和質(zhì)量都超出常人,一個(gè)晚上就能完成一篇文章的草稿,而一般人至少得寫(xiě)一個(gè)星期,這使他們相當(dāng)佩服,“他們做了這么多年科研,還能這么積極向上和努力,并且一直相信所做的東西一定會(huì)出成果,給我們一種不好好干就不好意思的感覺(jué)。”

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類(lèi)似“牛頓被蘋(píng)果砸下來(lái)”的突發(fā)奇想并不適合自己

   按照清華大學(xué)和中科院物理研究所研究人員的統(tǒng)計(jì),從2009年開(kāi)始的4年來(lái),團(tuán)隊(duì)已經(jīng)生長(zhǎng)和測(cè)量了超過(guò)1000個(gè)樣品。

  整個(gè)實(shí)驗(yàn)主要分為生長(zhǎng)和測(cè)量?jī)刹糠?,團(tuán)隊(duì)根據(jù)每個(gè)人的特長(zhǎng)進(jìn)行分工,使效率達(dá)到了最大化,馮硝說(shuō),“團(tuán)隊(duì)里每個(gè)人的性格、關(guān)注點(diǎn)、特長(zhǎng)都不一樣,這樣團(tuán)隊(duì)才會(huì)有更多的可能性。”比如馮硝因?yàn)榻?jīng)驗(yàn)豐富,在最后的攻關(guān)階段主要負(fù)責(zé)樣品生長(zhǎng);測(cè)量則主要是由張金松、沈潔、郭明華等人來(lái)做。郭明華被評(píng)價(jià)為“手特別巧”,因此負(fù)責(zé)在顯微鏡下加工、雕刻樣品,雕刻一件樣品要超過(guò)一個(gè)小時(shí),她每天要雕上2~4個(gè)。而身強(qiáng)力壯的馮洋還要經(jīng)常推液氦罐子,或者在清華與中科院之間穿梭傳遞樣品。

  “這樣就能測(cè)得快,測(cè)得準(zhǔn),在短時(shí)間內(nèi)發(fā)揮出最大的效率,能夠有科學(xué)發(fā)現(xiàn)的時(shí)間就會(huì)縮短。”張金松說(shuō)。

  團(tuán)隊(duì)成員的生活基本上是三點(diǎn)一線,周一到周日從早到晚都待在實(shí)驗(yàn)室,每天早上,馮硝把樣品送去給郭明華等人雕刻,加工完畢后降到極低溫,再送去測(cè)量時(shí),就已經(jīng)到了晚上。

  他們唯一的放松方式是“體育輕松法”,這也是清華實(shí)驗(yàn)方和中科院物理所實(shí)驗(yàn)方的傳統(tǒng),比如王亞愚組傳統(tǒng)是打乒乓球,而物理所馬旭村、何珂組的傳統(tǒng)就是打羽毛球。張金松告訴記者,組里的同學(xué)進(jìn)來(lái)的時(shí)候都打得不怎么樣,現(xiàn)在則水平都還不錯(cuò)。

  遇到狀態(tài)“實(shí)在不好”的時(shí)候,沈潔就去看場(chǎng)電影,和朋友一起外出聚餐、旅游,甚至“開(kāi)學(xué)術(shù)會(huì)議”在她眼中也是一種調(diào)節(jié)的方式,她說(shuō),“比如,那些做出一定成果的前輩的講座里也會(huì)講他們遇到什么問(wèn)題,曾經(jīng)歷很長(zhǎng)一段時(shí)間的低谷期,最后走出來(lái)了。這對(duì)我們也是一種很好的激勵(lì)方式。”

  馮硝小時(shí)候的夢(mèng)想是當(dāng)科學(xué)家,但當(dāng)時(shí)對(duì)科學(xué)家的定義很模糊,“就像牛頓被蘋(píng)果砸下來(lái),理論的東西就出來(lái)了。”后來(lái)才發(fā)現(xiàn),科研是一種“重復(fù)卻有創(chuàng)造性的工作”——在看似枯燥的實(shí)驗(yàn)過(guò)程中,會(huì)不斷有新的東西冒出來(lái)。

  沈潔也有類(lèi)似的感受,她說(shuō),“在外人看來(lái)科研很枯燥,但是過(guò)程中不斷會(huì)遇到一些小的困難,我們花點(diǎn)精力解決了它們,獲得小的進(jìn)展,這本身也是挺有趣的事情。”

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理想是“能夠安安靜靜地做科研”

  “有趣”的事情不一定能給人成就感,沈潔也經(jīng)歷過(guò)這個(gè)階段,中國(guó)青年報(bào)記者發(fā)現(xiàn),她的轉(zhuǎn)變或許能在一定程度上回答為何當(dāng)下許多年輕科學(xué)工作者被詬病浮躁,乃至出不了成果。

  如今的沈潔是“諾貝爾獎(jiǎng)級(jí)”實(shí)驗(yàn)論文的第一作者之一,但她在剛進(jìn)入實(shí)驗(yàn)室的前兩年的時(shí)間“一篇文章都沒(méi)發(fā)表”。

  讀博士的第一年主要是上課和打基礎(chǔ),那時(shí)的她發(fā)現(xiàn),課題組的題目比較深,儀器操作起來(lái)也很復(fù)雜,要經(jīng)過(guò)很長(zhǎng)時(shí)間的培訓(xùn),以至于她基本處在“摸條件,學(xué)習(xí)操作儀器,甚至是看文獻(xiàn)”的階段,而身邊一些同學(xué)已經(jīng)開(kāi)始發(fā)表文章和出階段性的成果。她心里越來(lái)越焦急,甚至想過(guò)“不管是大是小,先讓我發(fā)一篇文章再說(shuō)吧”。“心里雖急,但更知道自己所處的位置和階段——經(jīng)驗(yàn)知識(shí)都不夠,做科研還沒(méi)入門(mén)”。

  沈潔是個(gè)興趣愛(ài)好很多的人,在頭兩年的“非收獲季節(jié)”里,她也參加話(huà)劇社,學(xué)跳舞,生活多姿多彩。但在科研方面,出不了成果,發(fā)不了文章,她的內(nèi)心甚至懷疑過(guò)“自己到底適不適合做科研”。

  最終,她下定決心“不能再這樣下去,不溫不火地積累著”,必須全身心地付出和投入到科研上。于是,她幾乎取消了所有除科研以外的活動(dòng),有一段時(shí)間基本上一周七天,除了吃飯和睡覺(jué)都窩在實(shí)驗(yàn)室,有時(shí)還要待到夜里兩三點(diǎn)甚至要通宵。

  后來(lái),成果出來(lái)了。就像她說(shuō)的,“精力花了,周期到了,收獲也就到了”。

  如今再回過(guò)頭來(lái)看沒(méi)有“論文的頭兩年”,沈潔更加慶幸,“最開(kāi)始的積累階段,自己沒(méi)有為了發(fā)文章而發(fā)文章。”她說(shuō),“頭兩年是沒(méi)必要那么急的,一定要戒驕戒躁,那時(shí)候會(huì)覺(jué)得發(fā)一篇小文章也好,現(xiàn)在覺(jué)得發(fā)一些小文章意義沒(méi)有那么大了。”

  更重要的是,她覺(jué)得,“真的要做好工作,一定要靜下心來(lái),要學(xué)會(huì)舍棄。不能看重太小的利益收獲,科研就是要放長(zhǎng)線釣大魚(yú)。”

  談及現(xiàn)在的“理想”或“夢(mèng)想”,團(tuán)隊(duì)里的學(xué)生們大多沒(méi)有過(guò)于明確的概念,但是基本的路線卻很明確:畢業(yè)后繼續(xù)做博士后,在科研的道路上走下去。

  沈潔的目標(biāo)就是,“找一個(gè)科研組,安安靜靜地做一些科研。”馮硝、郭明華、張金松等人也不約而同地說(shuō),“就是想好好做科研,這件事情很簡(jiǎn)單,但也很有趣。”

  “我們很少去談夢(mèng)想,我有時(shí)也會(huì)問(wèn)自己夢(mèng)想是什么,自己也答不出來(lái)。但這并不代表人生是漫無(wú)目的的,我也許不知道具體的夢(mèng)想,但是相信它一定是美好的。”即將到斯坦福大學(xué)做博士后的張金松說(shuō),“或者說(shuō),夢(mèng)想就是幸??鞓?lè)的生活,要一步步地向這個(gè)方向努力。”

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