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费米子|凝心聚力 筑强国之基｜重点实验室巡礼( 二 )


其中 ， 综合极端条件实验装置将建成国际上首个集极低温、超高压、强磁场和超快光场等极端条件为一体的用户装置 。
凝聚态物理国家研究中心主任方忠介绍 ， 近年来 ， 利用极端实验条件取得创新突破已成科学研究发展的重要范式 ， 不少工作获得了诺贝尔奖 ， “我们的综合极端条件实验装置将使我国在该领域的综合实力步入世界一流水平” 。
“三剑客”融会贯通
据统计 ， 凝聚态物理国家研究中心获得过各项国家科技奖26次 ， 入选中国科学十大进展9次 。 这样的厚积薄发 ， 既是整体实力的彰显 ， 也是他们坚持理论、材料、实验“三剑客”交叉融合的结果 。
寻找新型费米子的相关研究 ， 是凝聚态物理国家研究中心引领的另一股“洪流” 。
组成宇宙的基本粒子可分为玻色子和费米子 ， 其中许多已被发现 ， 而寻找新型费米子成为国际竞争的焦点之一 。
其中 ， 德国科学家外尔在1929年理论预言了一种无“质量”的“手性”费米子——外尔费米子 ， 对于解决电子器件能耗问题和拓扑量子计算具有颠覆性意义 ， 但是80多年来始终未能观测到它的存在 。
【费米子|凝心聚力 筑强国之基｜重点实验室巡礼】2014年底 ， 凝聚态物理国家研究中心方忠团队首先理论预言了砷化钽家族材料是外尔半金属 ， 随后国内外多个研究组开始了竞赛般的实验验证 。
次年年初 ， 陈根富小组很快便制备出高质量样品 ， 丁洪小组也迅速在实验中观测到砷化钽晶体中的外尔费米子行为 ， 使得这一神奇粒子展现在世人面前 。
在这场竞赛中 ， 理论、材料、实验三方面的完美合作 ， 展现了凝聚态物理国家研究中心“集团军”的优势 。
这其中不得不提样品制备 。 长样品是门门槛极高的手艺活 ， 但在许多单位却不受重视 ， 甚至在成果中难以署名 。 凝聚态物理国家研究中心则从评价体制上确保生长样品的贡献 ， 使得样品制备专家成为“香饽饽” 。
石友国研究员就是一位样品制备高手 。 2017年 ， 他和进行理论预测的翁红明、实验验证的钱天分工合作 ， 3个小组无缝对接 ， 在世界其他小组之前观测到一种打破常规分类的新型费米子——三重简并费米子 ， 为固体材料中电子拓扑态研究开辟了新的方向 。
翁红明、石友国、钱天三人分属3个不同课题组 ， 办公室恰巧在凝聚态物理国家研究中心的8楼、9楼、10楼 ， 这使得他们的合作得以“近水楼台先得月” 。 9楼的咖啡厅更是他们经常聊天的地方 。
凝聚态物理国家研究中心的“咖啡厅文化”像他们每年春季规模盛大的学术交流大会一样在业内闻名 ， 许多合作都是这样“喝”出来的 。
“2012年搬到M楼之后 ， 我开始接触到更多同事 ， 他们对我的科研思路有很大启发 ， 让我真正意识到和不同方向的人交流合作有多么重要 。 ”钱天表示 ， 从这个角度来说 ， 选办公地点有点像选学区房 。
实际上 ， 随着学科向交叉融合发展 ， 科学家之间的合作愈发重要 。 推开隔壁的门就能请教 ， 甚至合作 ， 这个理想在凝聚态物理国家研究中心可以轻松实现 。
研究非晶合金的柳延辉研究员告诉《中国科学报》 ， 凝聚态物理国家研究中心学科齐全 ， 想找合作伙伴简单到不可思议——去所网站上查看研究领域 ， 然后直接打电话就能一拍即合 。 “这里是做科研很好的地方 ， 想合作总能找到人 。 ”他说 。
“金字塔”根基牢固
基础研究是否“无用”？诺贝尔奖获得者丁肇中曾有一个形象的比喻——他把研发创新比作一个金字塔 ， 基础研究构成了金字塔的底部 ， 虽然基础研究会因远离日常生活而受到责难 ， 但如果基础研究没有新发现 ， 上层也就没有什么可转化的 。
文亚以2000年后获得诺贝尔奖的巨磁阻效应、光纤通信、蓝光半导体和锂离子电池举例 ， 这4项革命性成果从原创思想出现到最终实现产业应用并被授奖经历了很长的周期：最短的19年 ， 最长的43年 。
“但是一旦形成产业就是巨大的爆发力 。 ”文亚告诉《中国科学报》 ， “这说明没有基础研究的长期积累和跟跑 ， 很难弯道超车 ， 甚至弯道在哪都不知道 。 ”
以锂离子电池为例 ， 凝聚态物理国家研究中心孵化的苏州星恒是目前国际三大电动自行车锂离子电池供应商之一 ， 而物理所的锂电池研究历史却可以追溯到上世纪70年代末 ， 同国际几乎同步 。
当时 ， 从事晶体生长研究的陈立泉赴德国马普所短期交流 。 去了之后 ， 他发现几乎整个马普所都在研究一种可以用来制备固态锂电池的超离子导体 ， 其能量密度远超铅酸电池 ， 并且可能应用在电动汽车上 。
陈立泉当机立断 ， 转向此研究方向 。 回国后 ， 他成立了我国第一个固态离子学实验室 。 其后 ， 一代代年轻人坚持深耕先进电池技术 ， 并将其推向应用 。
同锂离子电池的故事类似 ， 凝聚态物理国家研究中心推出的每一项产业化技术 ， 都是沉寂多年的厚积薄发：1985年组建的北京三环新材料高技术公司是全球第二大稀土永磁材料供应商；自主研发的碳化硅晶体不仅打破了西方禁运 ， 还成功在国际市场占有一定份额；高温超导滤波器、LED 发光二极管等方面的成果成功服务于国民经济 ， 为国家安全和可持续发展提供了技术保障 。


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