作者:韩扬眉 来源: 中国科学报 发布时间:2023-9-26
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“引领”的背后,他们曾一波三折

 

陈辉(左一)、高鸿钧(右一)和其他团队成员。受访者供图

■本报记者 韩扬眉

6年前博士毕业时,陈辉因缺“大文章”差点儿放弃科研,但他挺了过来,随后迎来大爆发,成果2次登上《科学》、1次登上《自然》。前不久,他受邀成为《自然》评述文章撰稿人。

那是一封让中国科学院物理研究所副研究员陈辉颇感意外的邮件。写信人是《自然》 编辑,内容是邀请他和中国科学院院士、中国科学院物理研究所研究员高鸿钧为4篇刚接收的《自然》论文撰写评述文章。

这4篇论文共同聚焦超导领域最前沿、竞争最激烈的方向之一 ——配对密度波研究,高鸿钧团队在该研究领域处于领先地位。日前,陈辉和高鸿钧撰写的评述文章在《自然》的“新闻和观点”(News&Views)栏目刊发。

“不断尝试、不断试错,才可能有不经意间的发现。”这是陈辉的科研态度。看似“笨拙”的执着,却帮助他走得更远。

3位审稿人的“拒绝”

尽管在《自然》《科学》上发表过几篇论文,但陈辉没想到能成为《自然》的审稿人和评述撰稿人。

这可能源于2021年,陈辉作为第一作者、高鸿钧作为通讯作者在《自然》上发表的一项突破性研究成果。他们首次在新型层状笼目结构超导体CsV3Sb5中观测到了旋子配对密度波,突破了只有在强关联的铜基高温超导体中存在配对密度波的限制,为进一步接近高温超导机理提供了新路径。

“引领”的背后,他们曾一波三折。

2020年,在做实验的间隙,陈辉打开预印本网站,查看最新研究在关注哪些前沿问题。他在一篇后来发表于《物理评论快报》的论文中看到了一种新制备的超导材料,其晶体结构是六角星,这在物理学上被称为“笼目结构”。

这种新型材料引发了陈辉和高鸿钧的关注。于是,他们马上与组里有着丰富的材料制备经验的研究员杨海涛合作。不到一个月,杨海涛便指导学生做好了高质量的新型层状笼目超导体材料。

一开始,陈辉和高鸿钧的目标并不是找配对密度波,而是想深入探究该材料有什么特殊的超导态。2021年整个春节假期,在高鸿钧的指导下,陈辉和团队成员24小时轮班做实验。一天,他们突然发现了一串不同以往的信号,原本在空间上应该平行、均匀分布的周期直线条纹,在很小的能量窗口出现了振荡,变成了周期波形条纹。

团队与长期合作者、美国波士顿学院教授汪自强交流后发现,他们可能观测到了配对密度波的证据,且是在铜基超导体以外的非常规超导体系中。如果能够证实,将是首次发现这一现象。

这让团队感到惊喜。当年3月,他们把论文投给了《自然》。然而,一个月后他们却收到了“拒信”,而且3位审稿人一致给出了负面意见。

“审稿人不相信我们能做出来。那时,全球顶尖的研究组都在寻找配对密度波,但很难得到关键性证据。他们认为我们的数据质量不高,很难让他们信服。”陈辉告诉《中国科学报》。

陈辉很沮丧,找到导师高鸿钧询问下一步怎么办。他们再一次仔细阅读审稿人的意见,看到了一丝希望。“虽然态度是负面的,但认为我们的结果非常具有创新性、非常重要,还给了很多建议。”

高鸿钧和陈辉决定再试一次,采集高质量的数据。

他们向《自然》编辑“申诉”,并很快得到再试一次的机会。接下来的两个月里,陈辉和团队成员进入了“战斗状态”。

不断试错 最终突破关键实验技术

团队成员一天到晚“泡”在实验室,因为竞争非常激烈。国际上几个顶尖的研究组都在做类似的研究,关于新型层状笼目超导体材料的论文几乎一天一篇甚至几篇出现在预印本网站上。

提高数据质量的关键在于“精度”。配对密度波的“信号”隐藏在许多原子之间,就像宝藏暗藏在一堆厚厚的落叶下,必须把所有落叶扫开,才能清晰看到“信号”。

移开一个原子简单,移开成千上万个原子很难。陈辉和团队其他成员尝试了各种各样的方法。在前一个月里,他们进展都不顺利。

关键的转折点终于出现了。陈辉找到了一把“电动扫帚”——团队自主设计组装的、达到国际顶尖水平的极低温强磁场扫描隧道显微镜/谱(STM/S)。

有一天晚上,陈辉在实验室“扫”了一天“树叶”,准备回家前再一次调试了软件运行模式,让电脑自动“扫”。第二天,他意外地发现,STM居然慢慢地把“树叶”向一边扫去。陈辉意识到,这次调试可能找到了一种高效率的试错方法。

随后,高鸿钧指导陈辉和团队其他成员研究拓展这种模式。他们仅用几天时间,便“扫”出了大面积的干净区域,配对密度波的“信号”清晰地出现在眼前。

2021年6月,他们再次向《自然》投稿。这一次,《自然》接收且“加快发表”了论文。

他们的研究不仅首次在原子尺度上揭示了非常规笼目超导态的独特性质,也首次在实验上在铜基超导体以外的超导体系中发现非常规配对密度波。

“不断尝试、不断试错,才可能有不经意间的发现。”陈辉总结说,“新奇的物理现象一直都在,但有时它们会跟我们‘捉迷藏’,只有不断尝试,才有机会发现它们的线索,然后心思缜密地将其一步步挖掘出来。”

一度想放弃科研 坚持终获硕果

在高鸿钧课题组,国际视野、勤奋和效率、胆大和心细缺一不可。挑战科学难题的过程犹如上战场拼搏,只有勇猛精进才能攻克艰难险阻,高鸿钧将其称为“优良作风”。

“实验上,他要求我们胆大心细,不要跟着别人走;细节上,他也对我们严格要求。”陈辉说,比如,采完数据,一周之内就要做好分析与初稿准备,而别人的进度一般是几个月;在细节上,对图片上字母的大小,以及图片、文字间的距离等,都有严格要求,希望展示出来的是严谨、专业且“好看”的科研成果。

“对于重要的文章,我们在投稿前开会时,高老师会要求我们将论文一字一字地读出来,一段一段地讨论,包括每个图示和正文后面的补充材料都是如此。”陈辉说。

事实上,“高产”的背后,陈辉曾差点儿放弃科研。

2017年,博士读到第6年,陈辉还没有拿出一篇像样的“大文章”。那时已经成家的他想早点儿安定下来,差点儿放弃科研。

恰好,组里新来了一台先进仪器——超低温强磁场扫描隧道显微镜,高鸿钧希望陈辉留下继续博士后阶段的研究,参与仪器搭建工作。

陈辉纠结过:留下来,可能两年后出不来成果,还是找不到工作,无法安定下来。“但这是个机会,我想再闯一闯,再给自己一次机会。”

博士后的两年里,陈辉的时间几乎全部交给了实验。博士后快出站时,陈辉在博士期间积累的大量数据与严谨细致的分析能力,终于显示出了“威力”。

苦尽甘来。2019年9月,陈辉作为第一作者的一项研究成果发表于《科学》,并迅速“出圈”。他们在国际上首次实现了原子级精准控制、可按需定制的石墨烯折叠,这是目前世界上尺寸最小的“石墨烯折纸”。

2020年初,作为共同第一作者,陈辉又一项研究成果发表于《科学》。在这项研究中,他们利用超高能量分辨的扫描隧道显微镜为铁基超导体马约拉纳零能模近量子化平台研究贡献了极高质量的实验数据。由于近几年丰硕的成果,2022年,陈辉被中国物理学会授予“胡刚复物理奖”(实验技术)。

“我很幸运,坚持下来并取得了一些成果,但与国际同行相比,还有差距和不足。”陈辉透露,他和团队其他成员还有一个更远大的目标。

“现在我们只是观测到了配对密度波。下一步,我们希望了解它与材料中其他物态的竞争关系等,以期揭示配对密度波的机理,深入了解超导态的本质。”陈辉说。

相关论文信息:

https://doi.org/10.1038/d41586-023-01996-w

《中国科学报》 (2023-09-26 第1版 要闻)
 
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