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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）

【网络中国节·诗画节气】小寒：莫怪严凝切，春冬正月交******

   【网络中国节·诗画节气】

小寒：莫怪严凝切，春冬正月交

　　作者：侯楠楠

　　小寒是二十四节气中倒数第二个节气。《月令七十二候集解》中记载：“十二月节，月初寒尚小，故云。月半则大矣。”也就是说，小寒之“小”的意思是天气寒冷，但还没有冷到极点。小寒三候为“雁北乡，鹊始巢，雉始雊”，因为感受到阳气生发，大雁开始向北迁移，喜鹊开始筑巢，为繁衍做准备（快过年了，但此处没有催婚的意思），“雊”意为野鸡鸣叫，此时，野鸡也感受到阳气萌动开始鸣叫。“禽鸟得气之先”，古人认为禽鸟在感知时节变化方面独具天赋，在二十四节气中，小寒和白露是完全以鸟类作为物候标识的。

（点击图片观看动态海报）

　　《敦煌二十四节气》原画出自《不可思议的敦煌·与万物共生长》创作展——最佳创作团队奖「豆荚创意」小朋友们的集体创作。动画制作：满晨

　　进入小寒一般就进入了腊月，临近过年，人们开始忙着写春联、剪窗花，采购年画、鞭炮等各类年货，为即将到来的春节作准备。此时，北方地区的河水已经冻得足够结实，人们开始在冰面上嬉戏玩乐，古时称为“冰戏”，《宋史》中就有“故事斋宿，幸后苑，作冰戏”的记载。除此之外，有的地方还有进行“腊祭”的习俗，祭祀祖先和众神，祈求来年农作物丰收。

　　“三九补一冬，来年无病痛”，冬季要进补，而小寒时节尤为重要。除了在冬季出场率最高的羊肉，江苏一些地方会在小寒时煮菜饭吃，用“矮脚黄”（小白菜的一个品种）与咸肉片、香肠或是板鸭搭配，加上生姜粒与糯米一起煮，广东地区的糯米饭也与之相似。天津地区则有吃黄芽菜的习俗，黄芽菜即白菜芽，冬至后将白菜割去茎叶，只留菜心，覆盖勿透气，半月后取食，为冬日蔬菜不足的餐桌增添了脆爽之味。

　　俗话说，“小寒大寒，冻成一团”，小寒和大寒时期，基本上是一年中最冷的时候。不过，小寒之“小”，真的意味着还不够冷吗？民间常说“冷在三九”，而“三九”基本上处于小寒节气内。我们之前辨析过大暑和小暑哪个节气更热，同样地，根据气象资料可以看到，只有少数年份的大寒气温低于小寒，因此，在寒冷这方面，“小寒胜大寒，常见不稀罕”，小寒是当之无愧的内卷王。

　　除了“真冷”以外，我们该如何优雅地表达寒冷？杜甫说“霜严衣带断，指直不得结”，天气太冷，手指冻得僵直，连断了的衣带都不能系上；李白说“素手抽针冷，那堪把剪刀”，做针线时，连抽针都冷，更别说拿剪刀去裁衣服了；孟郊说“百泉冻皆咽，我吟寒更切”，因为天冷，连泉水流动地声音都像是在哽咽，更别说人了；陶渊明说“凄凄岁暮风，翳翳经日雪”，一整天又刮风又下雪，冷不冷就不用说了吧？

　　天气虽冷，但古人认为，只有小寒、大寒“冻透了”，来年开春之后才能顺利回暖。民谚说“小寒寒，惊蛰暖。小寒暖，倒春寒。小寒不寒，清明泥潭。小寒大寒大日头，来年开春冻死牛”，就是通过小寒大寒的气温来判断来年的天气，甚至还可以通过小寒大寒时的降水情况观测小暑大暑的旱涝，“小寒大寒不下雪，小暑大暑田开裂”，就是说，小寒大寒如果不下雪，小暑大暑时节就会干旱。小寒时节，北方大部分地区已经没有太多的农活，主要任务是做好畜舍保暖、窖藏、造肥积肥等工作，正如农谚所说“小寒时处二三九，天寒地冻北风吼。窖坑栏舍要防寒，瓜菜薯窖严封口”；另外就是要防止积雪冻雨压断竹林果木，适时果树进行冬剪。

　　不过，小寒时节也不尽是萧索之景。南北朝时期《荆楚岁时记》中记载“始梅花，终楝花，凡二十四番花信风”，二十四番花信风，就始于小寒时的梅花。文人墨客都爱赏梅，喜欢其迎寒绽放的特点并将其视为值得赞颂的高洁品格。王安石咏梅，说“遥知不是雪，为有暗香来”；王冕咏梅，说“不要人夸好颜色，只留清气满乾坤”；崔道融咏梅，说“朔风如解意，容易莫摧残”，这是把梅花当主角写的。宋朝诗人杜耒请朋友到家里围炉煮茶，把梅花当作气氛组，说“寻常一样窗前月，才有梅花便不同”，十分风雅；不过，最有名的还是“踏雪寻梅”的男主孟浩然，“园中有早梅，年例犯寒开”，踏雪寻梅是孟浩然的行为艺术，他为了找创作灵感，骑着驴去追寻梅花的踪迹。其实大家想一想这个场景，一个大男人骑着驴去找梅花，似乎并没有那么唯美。但对于诗人来说，灵感乍现的时刻总是可遇不可求，踏雪寻梅的意境自此为人津津乐道，孟浩然也没想到，找灵感的他成了后来很多人的艺术创作灵感。

　　“莫怪严凝切，春冬正月交”，梅花的盛开是小寒带来的希望，严冬进入倒计时，时光如梭，春归有期。

光明网×敦煌画院

　　（文图：赵筱尘 巫邓炎）