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揭秘量子反常霍尔效应实验团队的85后
2013-04-19 09:56:27   编辑:萧萧   点击可以复制本篇文章的标题和链接
 
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至今,凝聚态物理学界还处在“兴奋”之中。从那篇载着中国科研团队首次实现“量子反常霍尔效应”成果的论文3月14日在线发表于美国《科学》杂志后,消息便从不同渠道被报道出来,其中最为吸引外界眼光的是有关“诺贝尔奖”的字眼,与其相关的两项研究——整数量子霍尔效应、分数量子霍尔效应的发现者分别于1985年和1998年获得诺贝尔物理学奖。

前不久,由清华大学薛其坤院士领衔的清华大学和中国科学院物理所的联合研究团队在京宣布这一成果时,物理学家、诺贝尔奖得主杨振宁更是直言不讳地将这一成果称为“这是第一次从中国实验室里发表的诺贝尔奖级的物理学论文”。

鲜为人知的是,这篇文章的第一作者分别是清华大学物理系博士生常翠祖、张金松、冯硝和中科院物理所博士生沈洁。这个团队里有13名学生,都是名副其实的85后,年龄在24岁到28岁之间

作为文章的第一作者和实验的主力军,他们是如何接触到这一项目,又是怎么克服浮躁一步步把成果做出来的,《中国青年报》记者近日对他们进行了采访。

揭秘量子反常霍尔效应实验团队的85后
上排自左至右依次是庞远、常翠祖、张金松,下排自左至右依次是沈洁、郭明华、冯硝

“在你的实验期间有可能是做不出成果的,这个我一开始就做好了这个打算”

实验文章的通讯作者之一、中国科学院物理所副研究员何珂在接受媒体采访时经常提到这样一个细节:“就在实验半年没出现大的进展,甚至开始考虑做别的项目”时,一个学生的“意外之举”让整个实验出现转机:为了避免薄膜受到外界干扰,实验团队会在薄膜上面加一个覆盖层,而一位学生将保护薄膜的覆盖层去掉后,竟发现霍尔电阻的信号大大增强了,“有了反常霍尔效应的迹象,之前一直都没有看到这种迹象。”

这名学生就是冯硝,清华大学2008级直博生,现在五年级,生于1985年。她的导师就是此次实验工作的团队带头人、论文的第一通讯作者、清华大学教授、中国科学院院士薛其坤,在这次实验工作中,冯硝被分到马旭村和何珂的实验小组,在物理所的仪器上做实验。

事实上,在整个实验完成之前,冯硝并未想过一定要有个什么样的结果,她告诉记者,“在你的实验期间有可能是做不出成果的,我一开始就做好了这个打算。”

对基础研究工作来说,没进展是常态,进展和飞跃只是很小的一部分,大部分时间都是平台期,常常要连续几个月甚至近一年的时间没有成果。冯硝说,“没进展遇到瓶颈时也会很着急,想弄清楚究竟是什么东西阻挡了我们进一步往前走。”

有时候,他们也会感到“状态不太对”。学生们定期要向指导老师做进展报告,而他们的团队出成果总要慢一些。当看到同一个大实验室里,周边其他实验组同学的数据总是有进展,而他们这边却“停滞不前,就会很担心,老师可能会觉得我们不够努力,或者对我们比较失望”。

幸运的是,实验项目的指导老师似乎看透了“自己的心思”,大多时候都在肯定他们的工作,说“你做的这些尝试都是值得的,起码我们知道哪些路是走不下去的”。还有些时候,导师们会给些更具体的建议,“我们觉得没有进展,但在导师看来,还是有结果的。”冯硝说。

在基础研究领域,一个好的题目就是成功的一半。对于这些85后博士生来说,选择一个好的实验团队甚至遇到一位好的指导老师,或许就是成功的一半。

沈洁的博士生导师是中国科学院物理所崔琦实验室的研究员吕力,在一次中国物理年会上,沈洁经本科的老师介绍,在会上和吕老师聊了起来,她觉得“吕老师的脾气特别好,实验室研究的方向也是我感兴趣的。”冯硝选择薛其坤做自己的导师也是类似的过程,因为一直对实验物理感兴趣,在保研时,她通过邮件联系薛老师,薛老师说:欢迎!后来,她顺利通过了面试,进入了薛老师的课题组。

而在团队中工作时,两名年轻老师——35岁的何珂和38岁的王亚愚(实验文章的通讯作者之一、清华大学教授),也总能给学生很多“正能量”。“他们自己总是充满能量和激情,身体力行地向学生证明,做科研是很有趣的。”清华物理系五年级博士生张金松说,王亚愚老师写文章的速度和质量都超出常人,一个晚上就能完成一篇文章的草稿,而一般人至少得写一个星期,这使他们相当佩服,“他们做了这么多年科研,还能这么积极向上和努力,并且一直相信所做的东西一定会出成果,给我们一种不好好干就不好意思的感觉。”

类似“牛顿被苹果砸下来”的突发奇想并不适合自己

按照清华大学和中科院物理研究所研究人员的统计,从2009年开始的4年来,团队已经生长和测量了超过1000个样品。

整个实验主要分为生长和测量两部分,团队根据每个人的特长进行分工,使效率达到了最大化,冯硝说,“团队里每个人的性格、关注点、特长都不一样,这样团队才会有更多的可能性。”比如冯硝因为经验丰富,在最后的攻关阶段主要负责样品生长;测量则主要是由张金松、沈洁、郭明华等人来做。郭明华被评价为“手特别巧”,因此负责在显微镜下加工、雕刻样品,雕刻一件样品要超过一个小时,她每天要雕上2~4个。而身强力壮的冯洋还要经常推液氦罐子,或者在清华与中科院之间穿梭传递样品。

“这样就能测得快,测得准,在短时间内发挥出最大的效率,能够有科学发现的时间就会缩短。”张金松说。

团队成员的生活基本上是三点一线,周一到周日从早到晚都待在实验室,每天早上,冯硝把样品送去给郭明华等人雕刻,加工完毕后降到极低温,再送去测量时,就已经到了晚上。

他们唯一的放松方式是“体育轻松法”,这也是清华实验方和中科院物理所实验方的传统,比如王亚愚组传统是打乒乓球,而物理所马旭村、何珂组的传统就是打羽毛球。张金松告诉记者,组里的同学进来的时候都打得不怎么样,现在则水平都还不错。

遇到状态“实在不好”的时候,沈洁就去看场电影,和朋友一起外出聚餐、旅游,甚至“开学术会议”在她眼中也是一种调节的方式,她说,“比如,那些做出一定成果的前辈的讲座里也会讲他们遇到什么问题,曾经历很长一段时间的低谷期,最后走出来了。这对我们也是一种很好的激励方式。”

冯硝小时候的梦想是当科学家,但当时对科学家的定义很模糊,“就像牛顿被苹果砸下来,理论的东西就出来了。”后来才发现,科研是一种“重复却有创造性的工作”——在看似枯燥的实验过程中,会不断有新的东西冒出来。

沈洁也有类似的感受,她说,“在外人看来科研很枯燥,但是过程中不断会遇到一些小的困难,我们花点精力解决了它们,获得小的进展,这本身也是挺有趣的事情。”

理想是“能够安安静静地做科研”

“有趣”的事情不一定能给人成就感,沈洁也经历过这个阶段,中国青年报记者发现,她的转变或许能在一定程度上回答为何当下许多年轻科学工作者被诟病浮躁,乃至出不了成果。

如今的沈洁是“诺贝尔奖级”实验论文的第一作者之一,但她在刚进入实验室的前两年的时间“一篇文章都没发表”。

读博士的第一年主要是上课和打基础,那时的她发现,课题组的题目比较深,仪器操作起来也很复杂,要经过很长时间的培训,以至于她基本处在“摸条件,学习操作仪器,甚至是看文献”的阶段,而身边一些同学已经开始发表文章和出阶段性的成果。她心里越来越焦急,甚至想过“不管是大是小,先让我发一篇文章再说吧”。“心里虽急,但更知道自己所处的位置和阶段——经验知识都不够,做科研还没入门”。

沈洁是个兴趣爱好很多的人,在头两年的“非收获季节”里,她也参加话剧社,学跳舞,生活多姿多彩。但在科研方面,出不了成果,发不了文章,她的内心甚至怀疑过“自己到底适不适合做科研”。

最终,她下定决心“不能再这样下去,不温不火地积累着”,必须全身心地付出和投入到科研上。于是,她几乎取消了所有除科研以外的活动,有一段时间基本上一周七天,除了吃饭和睡觉都窝在实验室,有时还要待到夜里两三点甚至要通宵。

后来,成果出来了。就像她说的,“精力花了,周期到了,收获也就到了”。

如今再回过头来看没有“论文的头两年”,沈洁更加庆幸,“最开始的积累阶段,自己没有为了发文章而发文章。”她说,“头两年是没必要那么急的,一定要戒骄戒躁,那时候会觉得发一篇小文章也好,现在觉得发一些小文章意义没有那么大了。”

更重要的是,她觉得,“真的要做好工作,一定要静下心来,要学会舍弃。不能看重太小的利益收获,科研就是要放长线钓大鱼。”

谈及现在的“理想”或“梦想”,团队里的学生们大多没有过于明确的概念,但是基本的路线却很明确:毕业后继续做博士后,在科研的道路上走下去。

沈洁的目标就是,“找一个科研组,安安静静地做一些科研。”冯硝、郭明华、张金松等人也不约而同地说,“就是想好好做科研,这件事情很简单,但也很有趣。”

“我们很少去谈梦想,我有时也会问自己梦想是什么,自己也答不出来。但这并不代表人生是漫无目的的,我也许不知道具体的梦想,但是相信它一定是美好的。”即将到斯坦福大学做博士后的张金松说,“或者说,梦想就是幸福快乐的生活,要一步步地向这个方向努力。”

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