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中科院物理研究所研究员方辰——

努力探索未知领域

2022-08-04 人民日报 吴月辉
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  笔、纸和计算机,是中科院物理研究所研究员方辰办公桌上必不可少的3样东西。作为理论物理学家,他每天的主要工作就是用笔在纸上推导一些方程公式,偶尔用计算机辅助做一些运算。

  在外人看来,这样的工作似乎很枯燥,但方辰却乐此不疲。

  在凝聚态物理理论研究领域耕耘10年,成绩亮眼

  作为理论物理学家,方辰主攻凝聚态体系中的拓扑能带理论。

  方辰说:“‘凝聚态’其实就包括了我们常见的固体,比如金属、绝缘体、半导体。‘拓扑’则是一个数学概念,描述的是几何图形或空间在连续改变形状后还能保持不变的性质。当‘拓扑’,这一数学概念被引入物理学领域后,一方面推动了基础物理学研究的发展,另一方面也促使大量新颖的拓扑材料出现。”

  在凝聚态物理理论研究领域耕耘10年来,方辰的成绩单十分亮眼:

  2017年,独立提出关于拓扑绝缘体边界态的理论,是国际上最早提出高阶拓扑态的学者之一;

  2018年,在国际上首次完成了固体能带中对称性与拓扑不变量的完整对应关系,建立了“拓扑词典”。

  基于以上两项贡献,亚太物理学会授予他“杨振宁奖”。

  2019年,方辰与合作者结合拓扑词典与计算物理手段,首次预言了超过8000个拓扑材料,并建立了国际上首个拓扑材料计算数据库。大批拓扑量子材料在理论上的发现,改变了拓扑量子材料这一研究方向的研究范式,并给未来的实验研究提供了很多线索和机会。该成果被两院院士评选为2019年中国十大科技进展新闻。

  “从内心出发去想问题,就总能想到别人想不到的东西”

  对物理的浓厚兴趣,源自方辰高中时报名参加的一个物理奥赛培训班。

  “当时,我就发现自己特别喜欢做那些题目,觉得很有趣。”方辰说,“物理中的基本原理看似很简单,但要真正理解并能解决具体的问题,还是需要不断练习和反复揣摩的。这个过程其实并不用输入很多知识性的信息进行辅助,只需要你把原理本身想透就可以。”

  出于对物理的热爱,方辰高考时报考了北京大学物理系,最终也如愿被录取。在大学的几年里,他更加刻苦地钻研和学习,也开始真正走进物理的世界,感受到物理学的博大精深。

  相比于做物理实验,方辰更喜欢研究和琢磨理论。他喜欢不断地去看课本,仔细琢磨体会里面的理论。

  后来的事实证明,这种思维习惯在科研中确实帮到了他。“只要真的能静下心来,从内心出发去想问题,就总能想到别人想不到的东西。”

  本科毕业后,方辰选择去美国进一步学习和深造,先后在普渡大学、普林斯顿大学、麻省理工学院完成了博士、博士后阶段的学习和工作。

  “独立研究能力很重要,合作也同样重要”

  方辰说:“从出国那天开始,我就从来没有想过要留在美国,一直都想着有朝一日能回到祖国。”

  怀揣着这个坚定的信念,方辰一边深造学习,一边留意和等待着回国的机会。

  2015年的一天,方辰刚刚结束在普林斯顿大学博士后的工作,中科院物理研究所就向他发出了邀请。

  方辰说:“我很快就答应了。但是,因为当时对自己工作独立性还没有那么自信,所以就向物理所提出,希望能在美国再多学习一段时间。”

  就这样,方辰又进入麻省理工学院继续做博士后,在那里开始独立地做一些研究工作。方辰认为,博士后是对青年学者一个很重要的考验。“这个时期不光要在导师指导下完成一些工作,同时还要注意培养自己的独立研究能力,因为在这之后就要独立成立研究组了。”方辰说,“要能够从完成别人给的问题,到自己独立提出并解决问题。”

  回到中科院物理研究所任职之后,在所里的大力支持下,方辰在短短6年里又接连取得一系列重要科研突破。

  “成绩的取得还要归功于团队的大力合作。”方辰说,“独立研究能力很重要,合作也同样重要,毕竟一个人的智慧很有限,思想的交流往往能碰撞出意想不到的‘火花’。”

  今年是方辰研究拓扑能带理论方向的第十年。“接下来想要去别的研究方向试一试。”他说,“杨振宁先生曾经说过,物理学家每7年就应该换一个方向。目前,拓扑能带理论这个方向的很多重要问题已被解决得差不多了,我应该再去别的研究方向开拓一下,希望也能做出一些不错的成绩。”

  (原载于《人民日报》 2022-08-04 06版)

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