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第二届全国创新争先奖获得者、南京大学物理学院教授万贤纲有一系列原创性的研究成果刊登在《自然》等著名杂志上,但他最有成就感的还是自己九年前的一项探索,“一个领域方向成了热点以后,会有很多研究者跟进,但创新永远是一件很个性化的事。”在交谈中,万贤纲特别强调科研的个人理解和感受,他告诉记者,所谓灵感或许是偶然,但其中必然包含着长年累月的积累和坚持,无论前路如何茫茫未知,始终都要相信自己,坚持到底。

记者:您如何看待基础科研中的创新,您现在从事的拓扑材料相关研究在2011年曾经引发国际研究热潮,这个方向是如何找寻到的?

万贤纲:基础研究是“0到1”,在这个过程中,每个人有自己的路径,是非常个性化的,大的团队可以做,小的“个体户”也可以用自己的方法来做。

从2009年开始,我开始做一项我自己觉得很难的研究,关于阻挫磁性体系的奇特物理行为,我不知道自己会做出个什么结果,跟时下热点没有任何关联,很难出成果,在近两年的时间内,我只写了两篇文章,现在回想下,在当时的情况下,这几乎是有些“冒险”的。

我觉得这本身也是基础研究的特点,不同于有图纸、有规划的工程研究,知道自己在搭建什么样的大厦,基础研究在有所创新之前,往往是摸黑行走,虽然前景不明朗,但我就是很想弄清楚这个体系的物理机制是什么。

幸运地是,当我们将这个东西坚持做到了底以后,却发现了另外一个有趣的事实,发现了一种新型拓扑量子态,通过理论计算预言一种复杂磁结构的铱氧化物可能是外尔(Weyl)半金属。

这恰恰撞上了拓扑材料的热点——拓扑材料通常具有常规材料没有的奇特性质,以拓扑绝缘体为例,其表面导电,内部却绝缘,在电子、信息和半导体等领域具有潜在的广阔应用前景,当时人们都在研究拓扑绝缘体,而我们的这项研究恰恰将拓扑概念从绝缘体推广到了金属体系,目前有关Weyl半金属的研究是一个热点前沿领域。我们无意间竟然引发了一个新的方向,这其实是刚刚开始做这项研究时完全没有想到的事情。

记者:科研创新往往只有第一,没有第二。在拓扑材料搜索工作中,其实您和国内外其他两个团队同时进行,最后是同时发表在《自然》杂志上,您如何理解这相互之间的关系?

万贤纲:学科发展到了这个程度,这个领域已经成了各家关注的方向,没有人愿意成为第二个发现者,研究过程就像是一场争先恐后的赛跑。

所以说,在这个过程中,我们说自己完全不紧张是不可能的,但我们一直在不断审视自己的研究,研究从来没有断过线。

当时我们和中科院物理研究所、普林斯顿大学三个团队完全“背对背”、完全独立地在进行拓材料搜索的研究,三个团队的研究方法和过程都有各自的特点。

我们是发展了一套非常高效的寻找拓扑材料的理论方法,对所有非磁材料是否拓扑进行分类,发现近50%的材料都是拓扑材料。2018年初开始,我每天会打开arXiv网页看看,如果发现其他团队公布了大规模拓扑判断的工作,我们也可以在一个星期内把我们当时正在从事的研究成果总结并且公布出来。

记者:您认为能在创新争先中取得突破的关键点是什么?下一步研究有什么打算?

万贤纲:就我的感受而言,首先是不要刻意追逐热点,只做自己感兴趣的研究,勇于接受失败,如果成功了也许有助于学科的发展,如果失败了,也是加深自己对自然界的认识。

其次一直在一个感兴趣、有积累的方向上保持研究节奏,是一件很有意思的事情。

由于学科的特点,相比其他一些研究团队,我们的团队是很小的,当然小团队做研究时也并不是单打独斗,我们和国内外很多研究组也有很好的交流和合作。

去年2月底,中科院物理所、美国普林斯顿大学以及我们团队的三个独立工作同时发表《自然》上,可以说,理论上寻找拓扑量子材料的研究方向已经进入了一个新的阶段。下面我还是会基于自己长期以来的积累和长处,做拓扑方面的研究,比如说进一步发展已有的方法,寻找磁性材料,因为这些材料可能具有更为特别的拓扑性质。

拓扑物理学打开了一扇新窗户,可能比我们想象中更加普遍和新奇。

记者:您在带博士生过程中,如何引导他们去创新突破?

万贤纲:这个需要根据学生的特点,比如说跟我一起做拓扑材料搜索的唐峰博士,他很努力、刻苦,执行力非常强,是能够打硬仗的学生,我称他为战士。有些学生如果给一个小题目,他可以很早地毕业。但对研究有韧性有热爱的学生,可以做一个有挑战的题目。

在解决这个课题的过程中,大概有半年时间我们每天都会联系沟通,有时候凌晨三点钟还讨论得很兴奋。当然他也有很焦虑的时候,作为导师,我能做的是给予比较客观的助研费,提供他稳定的研究生活环境,更重要的是经常激励他,这是一个引领前沿的课题,去激发他的斗志和信心。从我个人的经历来看,青年研究者只有长年累月地坚持自己的所爱和长处,才有可能在一个领域有出乎意外的探索和发现。

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