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安德森|研究兴趣从实验结果而来。安德森教授纪念会上让人印象深刻的片段

他的研究兴趣永远是由实验结果而非数学结构的美妙触发的 ， 这一点跟狄拉克和杨振宁有所不同 。
撰文｜戴希（香港科技大学物理学系讲座教授）
【安德森|研究兴趣从实验结果而来。安德森教授纪念会上让人印象深刻的片段】7月23日凌晨 ， 我在线参加了ICAM年会上的纪念菲尔·安德森教授（Philip Warren Anderson ， 1923.12.13-2020.3.29）的专场研讨会 ， 来自佐治亚理工的Andrew Zangwill教授做了一个精彩纷呈的报告 ， 带着大家回顾了这位伟大的物理学家无比精彩的科学生涯 。
刚刚离世的安德森教授是普林斯顿大学物理系的荣休教授 ， 他于1977年获得诺贝尔物理学奖 ， 是凝聚态物理的奠基人之一 。 对我来说感触最深的 ， 就是菲尔的研究兴趣永远是由实验结果而非数学结构的美妙触发的 ， 这一点跟狄拉克和杨振宁有所不同 。
上世纪50年代 ， 他到贝尔实验室以后的第一个研究课题 ， 是如何从理论上描述反铁磁体材料及其相变 ， 在研究中 ， 他提出超交换和自发对称破缺的概念 。 然后他的兴趣转到无序电子体系 ， 其背景就是如何通过掺杂使得半导体导电的实验问题 。
50年代末 ， 他的兴趣转到超导体 ， 从研究超导体的集体激发模式到发现Anderson-Higgs机制 ， 再从超导体的相位涨落到约瑟夫森隧道效应 ， 其背后都是重要的实验物理学问题 。
70年代开始 ， 他的主要兴趣又回到磁学 ， 这次他受到材料学家Matthias的影响 。 当时Matthias制备了一系列磁性金属和非磁性金属形成的合金材料 ， 他请菲尔考虑一个非常现实的实验问题 ， 就是这些合金有没有磁性 ， 如果有磁性如何给出理论描述？在对这个问题的研究过程中 ， 菲尔提出了安德森模型和解决Kondo问题的关键思想——重整化 。 通过对这类体系的思考 ， 他又产生了自旋液体的想法 ， 也就是共振价键态（RVB） 。
菲尔的学术生涯最后面对的问题 ， 就是铜基高温超导体系的机理问题 ， 这对他来说就好比是游戏打到最后一关跳将出来的超级大Boss 。 面对这个由实验物理学家提出的艰巨挑战 ， 菲尔又一次早早地交卷了 ， 他给出的答案跟常规超导体的BCS理论完全不同 ， 是基于掺杂共振价键态的全新超导理论 。 虽然说菲尔后来对自己提出的这一理论发生过动摇 ， 但最后他还是回到了最初的想法 。 也许有些同学会有不同意见 ， 但我的看法是 ， 这就是解释高温超导机理的正确理论 ， 也是他伟大的学术生涯里最后的高峰 。
下面 ， 我来介绍一下这个报告中最令我印象深刻的一些片段 。
安德森|研究兴趣从实验结果而来。安德森教授纪念会上让人印象深刻的片段
图0: 安德森教授的肖像画 。 作者是我的好朋友Titus Neupert ， 目前在瑞士苏黎世大学任教 。 这幅画是他2015年在普林斯顿担任博士后期间所做 ， 此后一直挂在普林斯顿大学物理系Jadwin Hall的走廊墙上 。 Zangwill教授把此画作为这次演讲的PPT封面 。 (本肖像画的版权由Titus Neupert博士所有)
安德森|研究兴趣从实验结果而来。安德森教授纪念会上让人印象深刻的片段
图1: 菲尔·安德森教授对凝聚态物理思想的贡献 。 满满的一屏 ， 几乎就是整个凝聚态物理的发展史 。
安德森|研究兴趣从实验结果而来。安德森教授纪念会上让人印象深刻的片段
图2：菲尔·安德森教授的童年在UIUC（伊利诺伊大学香槟分校）度过 。
安德森|研究兴趣从实验结果而来。安德森教授纪念会上让人印象深刻的片段
图3：安德森教授在哈佛取得博士学位 ， 那一年哈佛物理系理论物理专业的学生中有十一位选择了Schwinger作为导师 ， 只有菲尔选择师从Van Vleck教授研究量子化学 。 正是这位Van Vleck教授提出了满壳层原（离）子的Van Vleck顺磁性 ， 而2010年我们把Van Vleck教授的理论推广到固体系统 ， 建立了描述磁性掺杂拓扑绝缘体中铁磁性的“Van Vleck机制” 。
安德森|研究兴趣从实验结果而来。安德森教授纪念会上让人印象深刻的片段
图4：菲尔·安德森教授的博士论文《关于NH3分子微波吸收谱的线宽问题研究》 。
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图5：菲尔·安德森教授第一次在美国物理学会三月会议上作邀请报告 ， 那一年他27岁 。 在我认识的朋友中 ， 第一次做三月会议邀请报告时的年龄比菲尔小的只有一位 。
安德森|研究兴趣从实验结果而来。安德森教授纪念会上让人印象深刻的片段
图6：菲尔·安德森教授最推崇的凝聚态理论研究范式 ， 就是从对实际材料体系的深刻理解出发 ， 提炼出最简单的模型 ， 安德森模型、安德森局域化、共振价键等 ， 都是这方面的典范 。


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