(資料圖片)

翁紅明在講解電子運(yùn)輸理論。
田春璐攝

人物簡(jiǎn)介：

翁紅明，1977年出生，現(xiàn)為中國(guó)科學(xué)院物理研究所凝聚態(tài)理論與材料計(jì)算實(shí)驗(yàn)室研究員、博士生導(dǎo)師。主要致力于凝聚態(tài)物理計(jì)算方法和程序的開(kāi)發(fā)以及新奇量子現(xiàn)象的計(jì)算研究，成果入選2015年度中國(guó)科學(xué)十大進(jìn)展、英國(guó)物理學(xué)會(huì)《物理世界》2015年度十大突破、美國(guó)物理學(xué)會(huì)《物理評(píng)論》系列期刊創(chuàng)刊125周年紀(jì)念文集等。

在中科院物理研究所（以下簡(jiǎn)稱“物理所”）的年輕人里，研究員翁紅明是小有名氣的一位。就在剛剛過(guò)去的2022年，他因在數(shù)學(xué)物理學(xué)領(lǐng)域的杰出貢獻(xiàn)，獲得第四屆“科學(xué)探索獎(jiǎng)”。

在國(guó)際計(jì)算凝聚態(tài)物理研究領(lǐng)域，翁紅明成果頗豐。其中最為人稱道的，是他和同事們合作首次在固體中觀測(cè)到外爾費(fèi)米子和三重簡(jiǎn)并費(fèi)米子的準(zhǔn)粒子。這是國(guó)際上物理學(xué)研究的重要科學(xué)突破，對(duì)拓?fù)潆娮訉W(xué)和量子計(jì)算機(jī)等顛覆性技術(shù)的誕生具有非常重要的意義。

自由思考、厚積薄發(fā)，真正對(duì)人類文明有所貢獻(xiàn)

1928年，英國(guó)物理學(xué)家保羅·狄拉克提出了描述相對(duì)論電子態(tài)的狄拉克方程。1929年，德國(guó)科學(xué)家赫爾曼·外爾指出，當(dāng)質(zhì)量為零時(shí)，狄拉克方程描述的是一對(duì)重疊的具有相反手性的新粒子，即外爾費(fèi)米子。這種神奇的粒子帶有電荷，卻不具有質(zhì)量，因而具有確定的手性（指一個(gè)物體不能與其鏡像相重合，如我們的雙手，左手與右手互成鏡像，但不能重合）。

但是80多年過(guò)去了，科學(xué)家們一直沒(méi)有能夠在實(shí)驗(yàn)中觀測(cè)到外爾費(fèi)米子。直到2015年1月初，中科院物理所方忠研究員帶領(lǐng)的研究組與普林斯頓大學(xué)研究小組合作，從理論上預(yù)言了在以砷化鉭為代表的一批材料中存在著外爾費(fèi)米子。此后，這個(gè)理論預(yù)言經(jīng)過(guò)實(shí)驗(yàn)得到了進(jìn)一步驗(yàn)證。

在研究過(guò)程中，翁紅明發(fā)揮了至關(guān)重要的作用。他從發(fā)表于1965年的一篇實(shí)驗(yàn)文獻(xiàn)中受到啟發(fā)，并通過(guò)第一性原理計(jì)算，初步認(rèn)定砷化鉭晶體等同結(jié)構(gòu)家族材料可能是無(wú)需進(jìn)行調(diào)控的、本征的外爾半金屬。這類材料能夠合成，沒(méi)有磁性，沒(méi)有中心對(duì)稱，是實(shí)驗(yàn)制備、檢測(cè)都非常便捷的絕佳材料。

翁紅明說(shuō)：“這一發(fā)現(xiàn)的難度在于，從眾多材料中找到合適的對(duì)象猶如大海撈針，必須對(duì)外爾費(fèi)米子和材料物理特性都有相當(dāng)認(rèn)識(shí)才行。”

在外爾費(fèi)米子被發(fā)現(xiàn)的一年后，翁紅明和同事們又進(jìn)一步“預(yù)言”：在一類具有碳化鎢晶體結(jié)構(gòu)的材料中存在三重簡(jiǎn)并的電子態(tài)。

2017年6月，這個(gè)新預(yù)言被實(shí)驗(yàn)證實(shí)，三重簡(jiǎn)并費(fèi)米子被首次觀測(cè)到。這是物理所科研團(tuán)隊(duì)繼拓?fù)浣^緣體、量子反?；魻栃?yīng)、外爾費(fèi)米子之后，在拓?fù)湮飸B(tài)研究領(lǐng)域取得的又一次重要突破，引起國(guó)際物理學(xué)界廣泛關(guān)注。

成績(jī)?cè)从诙嗄甑纳罡e累。翁紅明很享受在物理所工作的經(jīng)歷：“這無(wú)關(guān)榮譽(yù)，我找到了更感興趣、更加深入的研究領(lǐng)域和方向?！?/P>

自由思考、厚積薄發(fā)，一直是翁紅明喜歡的學(xué)術(shù)氛圍。他所追求的不是多發(fā)表文章，而是能攀登科學(xué)高峰，真正對(duì)人類文明有所貢獻(xiàn)。

科研僅靠一個(gè)人或一個(gè)小組的力量是不夠的

作為理論物理學(xué)家，翁紅明專攻量子材料的計(jì)算和設(shè)計(jì)。

物理學(xué)通常分成兩大類，即理論物理和實(shí)驗(yàn)物理。理論物理通過(guò)理論推導(dǎo)和公式推算得出的結(jié)論被稱為“預(yù)言”，“預(yù)言”必須通過(guò)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證才能成為國(guó)際公認(rèn)的科學(xué)事實(shí)。

在翁紅明看來(lái)，他接連獲得的幾次重大發(fā)現(xiàn)，都離不開(kāi)與同事們的通力合作。這，也是他做科研一直特別重視的一點(diǎn)。

“理論預(yù)言、樣品制備和實(shí)驗(yàn)觀測(cè)，這三個(gè)環(huán)節(jié)缺一個(gè)都不行。”翁紅明說(shuō)，“在當(dāng)今科學(xué)領(lǐng)域細(xì)分程度非常高的情況下，科研僅靠一個(gè)人或一個(gè)小組的力量是不夠的。當(dāng)有重要任務(wù)目標(biāo)時(shí)，我們幾個(gè)小組緊密合作，在理論、樣品、實(shí)驗(yàn)等環(huán)節(jié)實(shí)現(xiàn)了環(huán)環(huán)相扣、無(wú)縫對(duì)接?！?/P>

在許多人的想象中，理論物理學(xué)家的工作，就是每天獨(dú)自埋頭在稿紙堆里計(jì)算推演，然后坐著冥思苦想、靈光乍現(xiàn)。

但翁紅明認(rèn)為，計(jì)算推演的確要做，思考分析也不可少，但和同行們的交流也非常重要。他每天上班的第一件事就是查看和了解國(guó)際上最新的科研進(jìn)展，然后分析、思考、計(jì)算，再把自己的想法跟同事們交流?！昂芏鄷r(shí)候，我的一些想法，或者說(shuō)突然的一些靈感，其實(shí)都是在思考、交流和工作過(guò)程當(dāng)中產(chǎn)生的。”

“發(fā)現(xiàn)三重簡(jiǎn)并費(fèi)米子”這一成果，就源于翁紅明和石友國(guó)、錢天兩位同事一次喝咖啡時(shí)的思想碰撞。

物理所的咖啡廳在學(xué)術(shù)界享有盛譽(yù)，不但因?yàn)榭Х群煤?，也因?yàn)槌Ｓ锌蒲腥藛T匯聚在此暢聊科學(xué)、各抒己見(jiàn)，聊著聊著，靈感經(jīng)?！盎鸹ㄋ纳洹薄?/P>

和大家一樣，翁紅明、石友國(guó)和錢天工作之余也喜歡在咖啡廳一聚。翁紅明有什么新想法會(huì)第一時(shí)間告訴他倆；石友國(guó)和錢天在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中有什么新發(fā)現(xiàn)或疑惑，也會(huì)第一時(shí)間反饋給翁紅明。

“閑聊中就能交換信息，我們的交流是完全敞開(kāi)的，毫無(wú)保留地讓大家知道彼此做了什么?！蔽碳t明說(shuō)。

翁紅明告訴記者，在科研道路上，自己非常珍視的成功秘訣有兩個(gè)，一個(gè)是注意總結(jié)和積累，另一個(gè)就是跟別人多交流。

“目前我努力發(fā)展基于大數(shù)據(jù)和人工智能的凝聚態(tài)物質(zhì)科學(xué)研究，其實(shí)也是基于這兩點(diǎn)考慮，因?yàn)樗腥说闹R(shí)積累都體現(xiàn)在這些數(shù)據(jù)當(dāng)中?！蔽碳t明說(shuō)。

做研究應(yīng)該抓住一些更新奇、更本質(zhì)的問(wèn)題

1977年，翁紅明出生在江蘇泰興一戶普通人家。他的父母都是農(nóng)民，家里還有一個(gè)姐姐。

初中開(kāi)始，翁紅明第一次接觸到物理，從此便沉迷其中?！拔锢碜屛覍?duì)周圍的世界有了更深入的了解和認(rèn)識(shí)?！蔽碳t明說(shuō)。

興趣是最好的老師。對(duì)物理的熱愛(ài)，指引著翁紅明叩開(kāi)了物理科學(xué)的大門。

1996年，翁紅明參加高考。在填報(bào)志愿時(shí)，他毫不猶豫地將所有的志愿都填上了物理。最終，他如愿被南京大學(xué)物理系錄取。

南京大學(xué)的物理系在凝聚態(tài)物理領(lǐng)域積淀很深。翁紅明在這一領(lǐng)域進(jìn)行相關(guān)知識(shí)的學(xué)習(xí)與研究，一學(xué)就是9年，直到博士畢業(yè)。畢業(yè)后，他去了日本的東北大學(xué)金屬材料研究所做博士后研究，主要研究各種材料的導(dǎo)電性質(zhì)。

到日本一年半后，翁紅明萌生了轉(zhuǎn)換研究方向的想法。

“我想要轉(zhuǎn)到計(jì)算方法和程序的發(fā)展上，這是凝聚態(tài)物理領(lǐng)域中一個(gè)最基礎(chǔ)也是最具有核心競(jìng)爭(zhēng)力的方向?！蔽碳t明說(shuō)，“如果想要在這個(gè)領(lǐng)域有長(zhǎng)遠(yuǎn)發(fā)展，就要在這個(gè)方向上有一定的積累?！痹谒磥?lái)，靜下心來(lái)探索重要的基礎(chǔ)科學(xué)問(wèn)題，要比做一些“短平快”研究更有意義。

想歸想，但真正下定決心，翁紅明也經(jīng)過(guò)了一番糾結(jié)。

他坦言：“當(dāng)轉(zhuǎn)到一個(gè)更基礎(chǔ)的方向，也意味著你在未來(lái)的幾年甚至是更長(zhǎng)的時(shí)間里都需要耐得住坐冷板凳。所以必須做好思想準(zhǔn)備，去做一些積累性的工作。”

2008年，翁紅明的人生又有了一次重大轉(zhuǎn)折。

那一年，物理研究所研究員、博士生導(dǎo)師方忠到日本訪問(wèn)交流，翁紅明跟他進(jìn)行了深入的交談和討論。

翁紅明告訴記者：“他跟我介紹了當(dāng)時(shí)做的一項(xiàng)很有意思的工作。雖然我那時(shí)并沒(méi)有很深刻的理解，卻受到很大的啟發(fā)——做研究應(yīng)該抓住一些更新奇、更本質(zhì)的問(wèn)題?！?/P>

在方忠的影響下，2010年，翁紅明決定回到國(guó)內(nèi)，入職物理研究所，成為方忠團(tuán)隊(duì)的一名成員。

翁紅明說(shuō)：“每個(gè)人在一生當(dāng)中可能會(huì)跟很多人交往交談，但在人生重要轉(zhuǎn)折時(shí)刻能夠給你啟發(fā)的卻不多。能有這樣的機(jī)遇去跟方忠老師交流并受到啟發(fā)，我覺(jué)得這是非常寶貴和幸運(yùn)的?！?/P>

在新的一年里，翁紅明說(shuō)自己有很多研究工作要做，尤其是如何在拓?fù)潆娮訉W(xué)器件研究方面取得突破，促使拓?fù)潆娮討B(tài)理論變成可落地應(yīng)用的技術(shù)。而這，需要跟器件和應(yīng)用等方向的研究人員進(jìn)行交流和討論。

翁紅明相信，拓?fù)鋾r(shí)代的黎明時(shí)分正在臨近。

關(guān)鍵詞： 基礎(chǔ)科學(xué)