三位青年學(xué)者獲馬丁·伍德獎(jiǎng)：他們?nèi)绾斡脴O端條件與先進(jìn)儀器打開(kāi)新物理窗口？

摘要：低溫物理盛會(huì)揭曉第八屆馬丁·伍德獎(jiǎng)，青年科學(xué)家暢談極端條件科研突破與儀器需求。

4 月10日，第二十屆全國(guó)低溫物理會(huì)議在西安曲江國(guó)際會(huì)議中心盛大開(kāi)幕。大會(huì)開(kāi)幕式上，備受矚目的第八屆馬丁·伍德爵士中國(guó)物理科學(xué)獎(jiǎng)獲獎(jiǎng)名單正式揭曉——中山大學(xué)王猛教授、中國(guó)科學(xué)院物理研究所周睿研究員、上海交通大學(xué)呂佰晴副教授三位青年科學(xué)家榮膺此項(xiàng)殊榮。

借此次盛會(huì)之機(jī)，儀器信息網(wǎng)邀請(qǐng)到中國(guó)物理學(xué)會(huì)低溫物理專業(yè)委員會(huì)秘書(shū)長(zhǎng)程金光研究員、三位獲獎(jiǎng)?wù)撸瑖@中國(guó)低溫物理領(lǐng)域的發(fā)展現(xiàn)狀與前景、獲獎(jiǎng)?wù)叩目蒲型黄啤ⅹ?jiǎng)項(xiàng)的傳承與創(chuàng)新，以及企業(yè)助力等核心話題，展開(kāi)深度對(duì)話。

獎(jiǎng)項(xiàng)概覽：十三載深耕，助力青年科研人才成長(zhǎng)

馬丁· 伍德爵士中國(guó)物理科學(xué)獎(jiǎng)自2013年設(shè)立以來(lái)，已走過(guò)13個(gè)春秋，共舉辦八屆，每屆遴選2至3位在極低溫、強(qiáng)磁場(chǎng)技術(shù)領(lǐng)域做出原創(chuàng)性成果的青年科學(xué)家，成為推動(dòng)該領(lǐng)域青年人才成長(zhǎng)的重要平臺(tái)。作為獎(jiǎng)項(xiàng)評(píng)審委員會(huì)秘書(shū)長(zhǎng)， 中國(guó)物理學(xué)會(huì)低溫物理專業(yè)委員會(huì)程金光研究員 對(duì)獎(jiǎng)項(xiàng)的傳承與發(fā)展有著深刻理解。

談及獎(jiǎng)項(xiàng)的作用，程金光研究員表示： “獎(jiǎng)項(xiàng)設(shè)立的初衷，就是支持在中國(guó)利用低溫、強(qiáng)磁場(chǎng)技術(shù)做出原創(chuàng)工作的青年科學(xué)家。這13年來(lái)，每一位獲獎(jiǎng)?wù)叨际窃谠擃I(lǐng)域作出原創(chuàng)性科學(xué)發(fā)現(xiàn)和技術(shù)創(chuàng)新的青年學(xué)者。”他強(qiáng)調(diào)，獎(jiǎng)項(xiàng)的推動(dòng)作用與中國(guó)科研整體實(shí)力提升密不可分。“這是一個(gè)雙向促進(jìn)的過(guò)程。國(guó)家對(duì)基礎(chǔ)研究的投入和對(duì)青年人才的重視，為科研人員搭建了良好的平臺(tái)；而青年科學(xué)家的優(yōu)秀成果，也推動(dòng)了低溫物理乃至整個(gè)基礎(chǔ)研究領(lǐng)域的進(jìn)步。”

關(guān)于第八屆獎(jiǎng)項(xiàng)的評(píng)選情況，程金光研究員介紹，本屆共有18位申請(qǐng)人，研究領(lǐng)域涵蓋超導(dǎo)強(qiáng)關(guān)聯(lián)、拓?fù)洳牧稀⒋判圆牧稀⒆孕娮訉W(xué)等方向，甚至包括利用低溫強(qiáng)磁場(chǎng)開(kāi)展生物學(xué)研究的工作，充分體現(xiàn)了該技術(shù)的跨學(xué)科應(yīng)用潛力。獎(jiǎng)項(xiàng)申請(qǐng)者中最年輕的出生于1994年，整體年齡跨度近十年。“ 評(píng)選始終以科學(xué)貢獻(xiàn)為核心，同時(shí)適當(dāng)兼顧年輕學(xué)者的發(fā)展?jié)摿Γ_保評(píng)選過(guò)程的公平、公正與專業(yè)。”

科研突破：極端條件下的探索與堅(jiān)守

極低溫、強(qiáng)磁場(chǎng)等極端條件，是探索物質(zhì)微觀結(jié)構(gòu)、發(fā)現(xiàn)新物理現(xiàn)象的重要手段。本次三位獲獎(jiǎng)?wù)呔谙嚓P(guān)領(lǐng)域取得突破性成果，用堅(jiān)守與創(chuàng)新拓展了人類對(duì)物質(zhì)世界的認(rèn)知邊界。

三位獲獎(jiǎng)?wù)叩暮诵某晒?/strong>

本次獎(jiǎng)項(xiàng)的授予，基于以下三項(xiàng)突破性成果：王猛教授 “首次在鎳氧化物中通過(guò)加壓發(fā)現(xiàn)液氮溫區(qū)的超導(dǎo)電性”；呂佰晴副教授“利用低溫、超高真空的角分辨光電子能譜系統(tǒng)，提供了外爾費(fèi)米子存在的直接實(shí)驗(yàn)證據(jù)”；周睿研究員“研制了強(qiáng)磁場(chǎng)與超高壓耦合的綜合極端條件核磁共振測(cè)量系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定運(yùn)行，并應(yīng)用于非常規(guī)超導(dǎo)體微觀機(jī)制的研究”。這些成果背后，是長(zhǎng)期的深耕與反復(fù)的嘗試，極端條件在其中發(fā)揮了不可替代的作用。

極端條件如何催生原創(chuàng)發(fā)現(xiàn)

王猛教授將他的發(fā)現(xiàn)過(guò)程概括為三個(gè)關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)。“第一個(gè)就是選擇了鎳氧化物，而且選擇對(duì)了具體的結(jié)構(gòu)組分。這是最重要的一點(diǎn)。”他坦言，在沒(méi)有任何理論預(yù)言的情況下，這其中有運(yùn)氣的成分，更有科學(xué)判斷的積累。

“第二個(gè)是要生長(zhǎng)出這個(gè)材料來(lái)。”雖然該材料在上世紀(jì)就有人合成過(guò)，但當(dāng)時(shí)只是粉末樣品，質(zhì)量上有很多缺陷。王猛教授團(tuán)隊(duì)成功合成了高質(zhì)量的單晶樣品，這是第二個(gè)突破。

“第三個(gè)是在高壓下進(jìn)行測(cè)量。”當(dāng)施加到14個(gè)吉帕的壓力時(shí)，80K的超導(dǎo)電性終于顯現(xiàn)出來(lái)。“選對(duì)了體系；生長(zhǎng)出材料；在壓力下測(cè)量——三個(gè)環(huán)節(jié)缺一不可。”

對(duì)于極低溫和強(qiáng)磁場(chǎng)的作用，王猛教授強(qiáng)調(diào)：“超導(dǎo)轉(zhuǎn)變溫度80K對(duì)超導(dǎo)來(lái)說(shuō)是比較高的，但對(duì)自然環(huán)境來(lái)講，零下193攝氏度是非常低的。低溫環(huán)境是必須的。而確定超導(dǎo)需要驗(yàn)證零電阻和麥斯納效應(yīng)，測(cè)量時(shí)都需要加磁場(chǎng)。低溫與磁場(chǎng)不可或缺。”

呂佰晴副教授講到：“最關(guān)鍵的是在上海光源建設(shè)的那條超高真空、高分辨的角分辨光電子能譜線站——‘夢(mèng)之線’。”這條線站從深紫外光到軟X射線全覆蓋，代表了國(guó)際最快能譜水平。

“ 外爾費(fèi)米子有兩個(gè)特征：體態(tài)要有外爾點(diǎn)，表面要有費(fèi)米弧表面態(tài)。‘夢(mèng)之線’從探測(cè)表面態(tài)的深紫外光到探測(cè)體態(tài)的軟X射線全覆蓋，用同一設(shè)備同一塊樣品，可以同時(shí)探測(cè)體態(tài)和表面態(tài)。”呂佰晴副教授介紹，“‘夢(mèng)之線’是丁洪院士帶隊(duì)自主研發(fā)的，外爾費(fèi)米子工作是我們?cè)凇畨?mèng)之線’做的第一個(gè)工作，開(kāi)了一個(gè)好頭。”

他進(jìn)一步闡述了不同類型的角分辨光電子能譜系統(tǒng)中的多種極端條件：超高真空環(huán)境確保電子自由運(yùn)動(dòng)，10K以下的低溫消除溫度干擾，軟X射線提供高能量激發(fā)，納米尺度聚焦實(shí)現(xiàn)空間分辨。“整個(gè)系統(tǒng)集成了很多極端條件。”

周睿研究員的工作基于全超導(dǎo)磁體——將低溫超導(dǎo)材料和高溫超導(dǎo)材料各自做成磁體后耦合在一起，實(shí)現(xiàn)強(qiáng)磁場(chǎng)。“這種系統(tǒng)國(guó)際上大家都在做，我們是率先實(shí)現(xiàn)它長(zhǎng)期穩(wěn)定運(yùn)行，并把強(qiáng)磁場(chǎng)系統(tǒng)和極低溫、高壓、核磁共振結(jié)合在一起，完成多種極端條件耦合測(cè)量。”

經(jīng)過(guò)三年多的開(kāi)放運(yùn)行，該系統(tǒng)已服務(wù)眾多國(guó)內(nèi)外單位，產(chǎn)出了一系列合作成果。“最核心的是怎么讓它穩(wěn)定高效運(yùn)行，這有非常多的難點(diǎn)。”

談及極端條件的作用，周睿研究員強(qiáng)調(diào)強(qiáng)磁場(chǎng)是第一位的。“我做超導(dǎo)材料研究，需要強(qiáng)磁場(chǎng)去抑制超導(dǎo)態(tài)，才能看到隱藏在下面的贗能隙的性質(zhì)和電子關(guān)聯(lián)的效應(yīng)。另外核磁共振測(cè)量也極度依賴強(qiáng)磁場(chǎng)——磁場(chǎng)越強(qiáng)，信號(hào)越強(qiáng)，靈敏度和分辨越好。”他曾先后在法國(guó)和美國(guó)強(qiáng)磁場(chǎng)實(shí)驗(yàn)室開(kāi)展實(shí)驗(yàn)工作，最高做到40多特斯拉。“極低溫也很重要，很多材料的性質(zhì)只有在極低溫下才會(huì)顯現(xiàn)出來(lái)。我們有時(shí)需要強(qiáng)磁場(chǎng)、高壓、極低溫三種極端條件耦合。”

從“受制于儀器”到“引領(lǐng)儀器”

三位獲獎(jiǎng)?wù)呔硎荆谘芯窟^(guò)程中曾遇到現(xiàn)有儀器無(wú)法滿足需求的困境，并對(duì)儀器的未來(lái)升級(jí)提出了明確期待。王猛教授指出，隨著科研不斷深入，研究者在極端條件下需要同時(shí)觀測(cè)材料的多種物性，對(duì)儀器的集成度與精度提出了更高要求。“目前很多研究方向都受限于儀器能力。未來(lái)需要科研人員明確提出需求，并與儀器公司深度合作，將實(shí)驗(yàn)室技術(shù)轉(zhuǎn)化為成熟的產(chǎn)品。”

呂佰晴副教授列舉了具體的痛點(diǎn)：“研究外爾費(fèi)米子時(shí)，需要將軟X射線探測(cè)與自旋分辨能力結(jié)合，但目前世界上尚無(wú)運(yùn)行良好的此類設(shè)備；同時(shí)，我們也希望在同步輻射平臺(tái)上搭建極低溫角分辨光電子能譜系統(tǒng)。”他建議，需求方與廠商應(yīng)深度融合，科研人員提出思路，廠商負(fù)責(zé)集成與優(yōu)化，使儀器更加耐用、便捷，能夠?qū)崿F(xiàn)24小時(shí)不間斷運(yùn)行。

周睿研究員本身從事儀器研發(fā)，對(duì)此深有體會(huì)：“我們的系統(tǒng)沒(méi)有現(xiàn)成設(shè)備可用，必須與廠商合作、自主創(chuàng)新，才能實(shí)現(xiàn)技術(shù)落地。”他對(duì)未來(lái)儀器升級(jí)提出三點(diǎn)期待：

第一，持續(xù)挑戰(zhàn)極端條件的極限，發(fā)掘更多未知物理現(xiàn)象；

第二，推動(dòng)技術(shù)自主化與國(guó)產(chǎn)化，解決“卡脖子”問(wèn)題；

第三，實(shí)現(xiàn)儀器的智能化與自穩(wěn)化，借助AI技術(shù)減少人力依賴，保障設(shè)備的長(zhǎng)期穩(wěn)定運(yùn)行。

從發(fā)現(xiàn)到應(yīng)用，從突破到引領(lǐng)

獲獎(jiǎng)對(duì)三位科學(xué)家而言，既是認(rèn)可，更是新的起點(diǎn)。王猛教授將繼續(xù)聚焦鎳氧化物高溫超導(dǎo)領(lǐng)域，重點(diǎn)開(kāi)展三方面工作：實(shí)現(xiàn)常壓塊體鎳氧化物的超導(dǎo)電性、提高超導(dǎo)臨界溫度、通過(guò)多種手段研究物性，助力破解高溫超導(dǎo)機(jī)理。

呂佰晴副教授則將目光投向應(yīng)用領(lǐng)域：“未來(lái)團(tuán)隊(duì)的核心目標(biāo)是面向量子計(jì)算，將拓?fù)湮飸B(tài)與超導(dǎo)相結(jié)合，研究拓?fù)涑瑢?dǎo)態(tài)和馬約拉納零能模，進(jìn)而研制拓?fù)淞孔颖忍亍＿@是我們未來(lái)5到10年的重點(diǎn)方向。”

周睿研究員表示：“未來(lái)將繼續(xù)向更極端的條件邁進(jìn)，探索更多新物理、新現(xiàn)象。中國(guó)強(qiáng)磁場(chǎng)低溫物理已接近世界前沿，我相信憑借優(yōu)秀的人才和科研實(shí)力，未來(lái)5到10年一定能實(shí)現(xiàn)真正的國(guó)際領(lǐng)先。”

青年成長(zhǎng)與領(lǐng)域生態(tài)：薪火相傳，共筑未來(lái)

馬丁·伍德爵士中國(guó)物理科學(xué)獎(jiǎng)以支持青年科學(xué)家為核心，見(jiàn)證了一代又一代青年科研人員的成長(zhǎng)。程金光研究員作為第三屆獲獎(jiǎng)?wù)撸瑢?duì)此深有體會(huì)：“十年前，科研條件相對(duì)有限，研究方向也比較集中；如今，青年科研人員擁有更好的平臺(tái)、更廣闊的視野和更多元的研究方向，競(jìng)爭(zhēng)力顯著增強(qiáng)，申請(qǐng)人數(shù)不斷增多就是最好的證明。”他同時(shí)指出，當(dāng)代青年科研人員面臨著科研評(píng)價(jià)、項(xiàng)目申報(bào)等方面的更大壓力，但其創(chuàng)新能力和抗壓能力同樣突出。

程金光研究員對(duì)青年科研工作者提出建議：“ 要堅(jiān)守科研初心，沉下心來(lái)深耕一個(gè)領(lǐng)域，注重學(xué)術(shù)交流，多與同行合作。相信只要堅(jiān)持不懈，就一定能做出有價(jià)值的成果。”他強(qiáng)調(diào)，獎(jiǎng)項(xiàng)將繼續(xù)堅(jiān)持以學(xué)術(shù)為核心，公平、公正、公開(kāi)地遴選優(yōu)秀青年科學(xué)家。

王猛教授表示，獎(jiǎng)項(xiàng)是對(duì)自己和團(tuán)隊(duì)的重要激勵(lì)：“我們研究的領(lǐng)域難度大、進(jìn)展慢，這份認(rèn)可讓我們更有勇氣挑戰(zhàn)難題，也希望激勵(lì)更多年輕人投身這一領(lǐng)域。”

呂佰晴副教授認(rèn)為，獎(jiǎng)項(xiàng)是對(duì)整個(gè)團(tuán)隊(duì)的肯定：“我只是代表團(tuán)隊(duì)領(lǐng)獎(jiǎng)。希望未來(lái)獎(jiǎng)項(xiàng)能為青年科學(xué)家提供更多科研經(jīng)費(fèi)、項(xiàng)目支持、設(shè)備共享和合作交流機(jī)會(huì)。”

周睿研究員特別關(guān)注儀器研發(fā)領(lǐng)域的青年科學(xué)家：“做儀器研發(fā)非常艱辛，可能三到五年都沒(méi)有產(chǎn)出。希望獎(jiǎng)項(xiàng)能激勵(lì)更多年輕人投身這一方向。同時(shí)，鼓勵(lì)青年學(xué)者加強(qiáng)交流，推動(dòng)科研人員與儀器廠商的合作，實(shí)現(xiàn)互利共贏。”

結(jié)語(yǔ)：寄語(yǔ)下一個(gè)十年

這場(chǎng)深度對(duì)話，匯聚了學(xué)界與產(chǎn)業(yè)界的智慧，勾勒出中國(guó)極低溫、強(qiáng)磁場(chǎng)物理領(lǐng)域的發(fā)展藍(lán)圖。各位嘉賓紛紛寄語(yǔ)未來(lái)，表達(dá)了對(duì)領(lǐng)域發(fā)展的殷切期待。

程金光研究員表示：“希望中國(guó)低溫物理事業(yè)薪火相傳，越來(lái)越好。低溫物理不僅關(guān)乎基礎(chǔ)研究，更支撐著國(guó)家重大戰(zhàn)略，量子科技、聚變能源等都離不開(kāi)相關(guān)技術(shù)。希望更多年輕人加入，既拓展知識(shí)邊界，也為國(guó)家戰(zhàn)略貢獻(xiàn)力量。”

王猛教授認(rèn)為：“未來(lái)新物理現(xiàn)象和規(guī)律的發(fā)現(xiàn)，離不開(kāi)極端條件平臺(tái)。這一領(lǐng)域潛力巨大，希望我們持續(xù)探索，不斷拓展人類認(rèn)識(shí)自然的邊界。”

呂佰晴副教授寄語(yǔ)：“希望未來(lái)有更多青年科學(xué)家，用自己的名字和成果，點(diǎn)亮馬丁·伍德爵士中國(guó)物理科學(xué)獎(jiǎng)的星空。”

周睿研究員充滿信心：“中國(guó)強(qiáng)磁場(chǎng)低溫物理已接近世界前沿。憑借優(yōu)秀的人才和科研實(shí)力，未來(lái)5到10年，我們一定能實(shí)現(xiàn)真正的國(guó)際領(lǐng)先。”

十三載薪火相傳，八屆獎(jiǎng)項(xiàng)賦能。馬丁·伍德爵士中國(guó)物理科學(xué)獎(jiǎng)見(jiàn)證了中國(guó)低溫物理領(lǐng)域的持續(xù)進(jìn)步，推出了大批優(yōu)秀青年人才。在學(xué)界與產(chǎn)業(yè)界的共同努力下，中國(guó)極低溫、強(qiáng)磁場(chǎng)物理領(lǐng)域必將迎來(lái)更加輝煌的未來(lái)，在探索物質(zhì)奧秘、支撐國(guó)家戰(zhàn)略的征程上不斷書(shū)寫(xiě)新的篇章。

受訪者合影

文章轉(zhuǎn)載自“儀器信息網(wǎng)”微信公眾號(hào)