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影响一个人研究成果的因素有很多：个人的努力、才能、经费，导师和合作者的情况，研究课题的难度，还有运气。很多因素不是自己能够控制的。 采访 | 金庄维 整理 | 金斯基 2019年1月8日，由清华大学教授、 中国科学院院士薛其坤领衔的实验团队，因“量子反常霍尔效应的实验发现”荣获国家自然科学奖一等奖。此时，距离他们首次在实验上观测到量子反常霍尔效应，并将这一成果发表在《科学》（Science）杂志，已经过去将近6年时间。“赛先生”近期采访到获奖团队成员之一，清华大学的何珂老师，请他谈了谈自己的研究经历和心得。 问：您是如何加入这个实验团队的？ 何珂：我其实基本上一直都在薛其坤老师的团队里。我2000年从山东大学物理系毕业之后进入了中国科学院物理所。开始在磁学实验室，后来被薛其坤老师研究的表面科学所吸引，转入到他的课题组。2006获得博士学位之后，我到日本东京大学进行了3年博士后研究。2009年回到物理所工作。那个时候薛老师已经去了清华大学，物理所这边的团队由马旭村老师带领。但我们始终在一起工作，无论是我们自己，还是外界，基本上都将我们看成是一个团队。 后来为了做拓扑绝缘体和量子反常霍尔效应这个方向，我们和清华大学的王亚愚老师开始了紧密的合作。王亚愚老师在材料的输运性质测量方面非常厉害，物理功底很深厚。我们的合作非常紧密，就像一个研究组一样。到研究的最后阶段，我们又和吕力老师一起，利用他们的极低温测量技术获得了完美的最终实验结果。我想这种紧密合作是我们实验成功的一个关键因素。 我个人对拓扑物质态的兴趣可能最早来源于文小刚老师的《量子多体理论》。我是2005年博士快毕业的时候偶尔看到这本书。实际上这本书大部分我看不懂，但它的引言和第一章写得非常精彩，对凝聚态物理的大框架和基本问题给出了一个很清晰的概述，也让我发现拓扑物质态非常有意思。当然了，其实即使到现在，我们的实验和小刚老师描述的理论世界还有一定距离。但由于这个影响，后来有机会做拓扑物质态相关的研究的时候，我就会格外热情。 另外，我在日本做博后期间主要做的研究是结合分子束外延和角分辨光电子能谱研究低维强自旋轨道材料的电子能带结构。这方面研究需要的知识和技术在很多方面和拓扑绝缘体的研究类似。2009年回国后，拓扑绝缘体领域变得很热，很多很厉害的理论物理学家，像方忠、戴希、张首晟等老师都建议我们做这个方向。所以我很自然就选择了这个方向的研究。 问：薛老师和薛老师团队的研究特色是什么？ 何珂：首先是对研究工作非常热情。这也是我最钦佩薛老师的地方。年轻时全身心投入研究不是很难，但随着年龄增长、资历加深，身上肩负起的责任会越来越多，各种事务性工作也会越来越多，有时难免会对研究有所懈怠，力不从心。但薛老师现在尽管事情非常多，仍然对于学术问题保持着极高的热情，这是非常不容易的。 我觉得薛老师团队的研究哲学基本上是一种化繁为简、再由简到繁的思路。我们从事的是凝聚态物理研究。凝聚态物理一个最大的特点和问题是什么？就是复杂性。所谓凝聚态就是相互关联的多体系统，是牵一发而动全身的系统。那么面对这样一个复杂的系统，我们应该怎么去理解它、控制它？比如我们面对一个钟表，什么叫真正理解一个钟表？我觉得我们不能够只是看看它，晃晃它听听响，而是应该把它拆成一个一个的部件，知道部件之间怎样连接、互动，然后一点点地把它装回去。当这个钟表再一次正常工作了，我就可以说我真正理解了它。我觉得我们的研究思路就有点像这样。我们努力把复杂的事情分解成简单的事情，然后从简单的事情做起，一点一点再做成复杂的事情。 量子反常霍尔效应的发现就是这样。我们从最简单的两元材料（含两种元素）开始，然后通过逐步引入新的元素，带来新的性质，同时保持对样品的控制。现在我们的量子反常霍尔效应样品是五元材料（含五种元素），非常复杂，我们还可以将它做成各种各样更加复杂的异质结构。这样复杂的材料就是由简单材料一步一步逐渐组合成的。这有一点像生物进化，通过很多代的遗传-变异，生物可以达到令人惊叹的复杂结构。我们也是通过每一阶段对材料的控制-尝试，获得了非常复杂但可控的材料。 我记得当我们刚开始进入拓扑领域时，做得最好的是德国的Laurens Molenkamp，他们做量子自旋霍尔效应样品就做得就很复杂，包括大概有七八层的量子阱结构，样品质量还非常高。当时我们很赞叹，这个人太厉害了，这么复杂的材料能够掌控得这么好。几年后，我们也能做到并控制这样复杂的结构，还是很得意的。 （图源：tsinghua.edu.cn） 问：您对青年研究者有哪些建议？ 何珂：做学术这行不是太容易，特别是对于青年研究者。从读博士、做博士后、到tenure-track助理教授，每一步都要求你获得好的研究成果，否则就有可能走不下去。而影响一个人研究成果的因素有很多：个人的努力、才能、经费，导师和合作者的情况，研究课题的难度，还有运气。很多因素不是自己能够控制的。比如研究课题的难度。科学研究往往是容易做的题目不够重要，真正重要的题目又往往难到做不动，偶尔有重要又不算太难的题目，又会很快被别人抢先做完。像量子反常霍尔效应就是一个很稀有的很重要，但我们又刚好能做得动的题目。所以我们还是非常非常幸运。 所以我给青年研究者的建议是首先要学会在学术界生存下来。要生存的话，就要学会怎么样去发文章、发好文章、建立学术界的人脉。所以我觉得对于一个青年科学家来讲，追逐热点没有什么问题。热点方向确实容易发文章，引用也容易高，这有助于在学术界生存下来。 但在已经解决了生存问题，或者已经学会了怎么在学术界生存的时候，就需要追求些真正重要的东西。我觉得做研究的人也会遇到中年危机。一个人大概40岁以后就会反思他这些年辛辛苦苦在忙活什么。如果一个人即使发了很多好文章，引用也很高，但仍不是真正重要的研究，他可能会在中年后对自己工作的价值，甚至自己这一生的价值产生怀疑。所以当青年科学家解决生存问题之后，就可以找一些真正重要的题目去做。 问：物理学研究应该面向应用吗？ 何珂：做物理的人很有意思的一点是，往往以做的东西没有用为骄傲，就好像《生活大爆炸》里做得最没用的Sheldon是最骄傲的那一个。我想这倒不意味着学物理的人很清高。当我们说一个东西的应用越具体、越明确的时候，也往往意味着它越容易被其他东西替代。如果一个人努力一生做的东西尽管很有用，但几十年后就被替代了，过时了，那我想这是不会令很多物理学家满意的。所以物理学家希望做的东西是应用范围比较广泛，并且可以持久的东西，而越是这样的东西，往往就越难描述它的具体应用。 如果一定要说物理学有什么用，那么我的回答是物理学主要是用来推动工业革命的。物理系本科生有四门主要的专业课，我们管它叫《四大力学》，就是《经典力学》、《热力学》、《电动力学》、《量子力学》。可以看到，这就是一部完整的工业革命史。力学和热力学实际上推动了第一次工业革命的发生，电动力学推动了第二次工业革命的发生，而量子力学就是推动第三次工业革命，也就是信息革命的发生。工业革命的特点是，它需要很长时间的积累，但一旦发生，就会在短时间内对社会面貌造成巨大的变化。所以，在积累阶段，物理学看起来似乎没什么用处。但如果我们不重视它，就可能无法及时跟上下一次工业革命。 问：那么您现在的研究是为了什么样的工业革命？ 何珂：我想这就是很多人最近提到过的“第二次量子革命”。第三次工业革命基本上是由量子力学推动的。人们在认识到物质微观的量子力学本质的基础上，发明出了半导体、激光这些很棒的东西，这给我们带来了信息技术。但量子力学有很多很神奇的地方，像无耗散、非定域、量子叠加、量子纠缠这些真正量子的性质，还远远没有被应用到。最近几十年的科学发展，已经揭示出应用这些性质的可能性。比如最近很热的量子信息研究就是这方面的努力之一，但我想这不限于量子信息，应该还有更多的应用前景。我相信当研究到达一个临界点时，新的一次工业革命就会发生。我们工作的主要任务就是推动它尽早发生，或至少紧紧跟随它。 赛先生 启蒙·探索·创造 如果你拥有一颗好奇心 如果你渴求知识 如果你相信世界是可以理解的 |
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