作者:马卓敏 来源:中国科学报 发布时间:2015/9/14 9:57:17
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敢打硬仗,能打胜仗
记中科院物理所北京凝聚态物理国家实验室团队

 

“在实验室,一加一远大于二。”采访过程中,丁洪始终在强调“众包”二字,他认为现在做科研靠一个人甚至靠一个小组的力量是不够的,当有重要任务目标时,要依靠几个小组共同携手。

■本报见习记者 马卓敏

近日,中科院物理所北京凝聚态物理国家实验室首席科学家丁洪及其合作者共同完成的两篇有关外尔费米子发现的文章在国际科学刊物上公开发表,从而正式宣告了此前闹得沸沸扬扬外尔费米子“发现之争”尘埃落定。

外尔费米子,是当今凝聚态物理最前沿的研究对象之一,也是世界各国科学家竞相追逐的目标。不久前,中科院物理所为主的中国科学家首次通过理论计算发现这种半金属,也是中国科学家首次通过角分辨光电子能谱发现了外尔费米子的存在。而普林斯顿大学物理学家扎伊德·哈桑领导的团队也宣称他们首次通过实验,在外尔半金属中造出了外尔费米子。

外尔费米子,究竟是我国科学家最先发现,还是扎伊德·哈桑团队先发制人,这场“归属”之争随着丁洪团队两篇论文的发布几近平息。用丁洪教授自己的话说:“中国科学家的发现与美国科学家是独立且几乎同时的。”

三位一体,独立完成

“为什么这样迫切,因为我们很早就认识到它的重要性,并在发现过程中感觉到了国际同行也在行动,所以我们必须去竞赛。”丁洪这样解释团队的行动初衷。

在物理学界,一个通过理论推导和公式推算得出的结论,必须通过实验验证才能成为国际公认的事实。方忠、陈根富、丁洪,北京凝聚态物理国家实验室的三名科学家,分别领导自己的研究小组从理论、材料、实验三个环节入手,共同发现了具有真正意义的外尔半金属材料,并通过精确实验验证了外尔费米子的存在。

“缺了哪一个环节,外尔费米子都不可能被成功发现,这是中国科学家通力合作的结果。”丁洪教授自豪地说。三个环节,三位一体,环环相扣,宛如一个不可分割的整体,坚不可摧地攻破了这项困扰世界物理学界八十余年的难题。

只争朝夕,无愧使命

当问及实验室团队是如何与时间赛跑,马不停蹄与国外同行“竞赛”时,丁洪教授颇有感触地说:“我们每个人都是在夜以继日地做工作,就是要赶在国外同行之前出结果。”

早在2013年9月,方忠、戴希小组副研究员翁红明就意识到TaAs家族很可能是新的外尔半金属。与先前的理论预言相比,这类材料可以自然合成,不需要严苛的外加条件的调控就可以实现外尔半金属态,有利于实验证实。2014年夏天,理论小组对TaAs中可能存在外尔半金属态进行的严格理论证明获得突破。陈根富小组随即开始了材料制备的工作。经过几个月的努力,陈根富小组克服了重重困难,终于成功生长出TaAs系列的单晶样品。

2014年10月,丁洪负责在上海光源建设的“梦之线”通过了工艺验收,开始试运行阶段。他的博士生吕佰晴开始对TaAs样品进行ARPES测量。由于刚开始制备出的单晶样品非常小,失败率非常高。吕佰晴在尝试了几十块样品之后,经过不懈努力,终于成功解理出一块平整的表面,获得了初步的实验数据。而这时,陈根富小组随后摸索出了更加合适的样品生长条件,制备出大尺寸的高质量TaAs单晶样品。

2015年1月初,丁洪小组副研究员钱天与吕佰晴一起对TaAs的电子结构进行了细致的测量。样品质量的提高加之实验团队力量的加强,此后的实验非常顺利,在一周之内就得到了大量的实验结果,从实验数据上找到了费米弧存在的确定证据。随后,吕佰晴去瑞士光源测量到TaAs体态外尔锥形电子结构,提供了进一步的实验证据。与此同时,陈根富小组通过精确的电输运测量,首次在TaAs单晶中观测到了由手性反常导致的负磁阻效应,进一步从输运的角度证明了外尔费米子的存在。至此,实验室的三个科研团队,理论预测、材料制备、电子结构和输运测量紧密结合,首次证实了外尔半金属的存在。

依靠众包,团队作战

据了解,北京凝聚态物理国家实验室的主要研究对象涉及超导、磁学、表面科学、光学、先进材料、极端条件物理、纳米科学、软物质、固态量子信息和凝聚态理论与计算等领域。

北京凝聚态物理国家实验室科研人员此次对外尔半金属的重要发现,在世界物理学界具有里程碑的意义。

“在实验室,一加一远大于二。”采访过程中,丁洪教授始终在强调“众包”二字。他认为现在做科研靠一个人甚至靠一个小组的力量是不够的,当有重要任务目标时,要依靠几个小组共同携手。他同时指出凝聚态国家实验室无论是对外尔半金属的发现还是在整个拓扑材料领域之所以能走在世界前列,根本原因在于其理论、样品、实验的紧密结合,这是整个国家实验室实力的彰显,“未来实验室还要凭借‘众包’理念来完成其他的未知任务。”丁洪说,“毫不夸张,此次外尔费米子的成功发现是我国科学家团队作战实力的体现。”

《中国科学报》 (2015-9-14 第7版 学人)
 
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