來源:人民日報海外版

筆、紙和計算機,是中科院物理研究所研究員方辰辦公桌上必不可少的3樣東西。作為理論物理學傢,他每天的主要工作就是用筆在紙上推導一些方程公式,偶爾用計算機輔助做一些運算。

在外人看來,這樣的工作似乎很枯燥,但方辰卻樂此不疲。

在凝聚態物理理論研究領域耕耘10年,成績亮眼

作為理論物理學傢,方辰主攻凝聚態體系中的拓撲能帶理論。

方辰說:“‘凝聚態’其實就包括瞭我們常見的固體,比如金屬、絕緣體、半導體。‘拓撲’則是一個數學概念,描述的是幾何圖形或空間在連續改變形狀後還能保持不變的性質。當‘拓撲’這一數學概念被引入物理學領域後,一方面推動瞭基礎物理學研究的發展,另一方面也促使大量新穎的拓撲材料出現。”

在凝聚態物理理論研究領域耕耘10年來,方辰的成績單十分亮眼:

2017年,獨立提出關於拓撲絕緣體邊界態的理論,是國際上最早提出高階拓撲態的學者之一;

2018年,在國際上首次完成瞭固體能帶中對稱性與拓撲不變量的完整對應關系,建立瞭“拓撲詞典”。

基於以上兩項貢獻,亞太物理學會授予他“楊振寧獎”。

2019年,方辰與合作者結合拓撲詞典與計算物理手段,首次預言瞭超過8000個拓撲材料,並建立瞭國際上首個拓撲材料計算數據庫。

大批拓撲量子材料在理論上的發現,改變瞭拓撲量子材料這一研究方向的研究范式,並給未來的實驗研究提供瞭很多線索和機會。該成果被兩院院士評選為2019年中國十大科技進展新聞。

“從內心出發去想問題,就總能想到別人想不到的東西”

對物理的濃厚興趣,源自方辰高中時報名參加的一個物理奧賽培訓班。

“當時,我就發現自己特別喜歡做那些題目,覺得很有趣。”方辰說,“物理中的基本原理看似很簡單,但要真正理解並能解決具體的問題,還是需要不斷練習和反復揣摩的。這個過程其實並不用輸入很多知識性的信息進行輔助,隻需要你把原理本身想透就可以。”

出於對物理的熱愛,方辰高考時報考瞭北京大學物理系,最終也如願被錄取。在大學的幾年裡,他更加刻苦地鉆研和學習,也開始真正走進物理的世界,感受到物理學的博大精深。

相比於做物理實驗,方辰更喜歡研究和琢磨理論。他喜歡不斷地去看課本,仔細琢磨體會裡面的理論。

後來的事實證明,這種思維習慣在科研中確實幫到瞭他。“隻要真的能靜下心來,從內心出發去想問題,就總能想到別人想不到的東西。”

本科畢業後,方辰選擇去美國進一步學習和深造,先後在普渡大學、普林斯頓大學、麻省理工學院完成瞭博士、博士後階段的學習和工作。

“獨立研究能力很重要,合作也同樣重要”

方辰說:“從出國那天開始,我就從來沒有想過要留在美國,一直都想著有朝一日能回到祖國。”

懷揣著這個堅定的信念,方辰一邊深造學習,一邊留意和等待著回國的機會。2015年的一天,方辰剛剛結束在普林斯頓大學博士後的工作,中科院物理研究所就向他發出瞭邀請。

方辰說:“我很快就答應瞭。但是,因為當時對自己工作獨立性還沒有那麼自信,所以就向物理所提出,希望能在美國再多學習一段時間。”

就這樣,方辰又進入麻省理工學院繼續做博士後,在那裡開始獨立地做一些研究工作。方辰認為,博士後是對青年學者一個很重要的考驗。“這個時期不光要在導師指導下完成一些工作,同時還要註意培養自己的獨立研究能力,因為在這之後就要獨立成立研究組瞭。”方辰說,“要能夠從完成別人給的問題,到自己獨立提出並解決問題。”

回到中科院物理研究所任職之後,在所裡的大力支持下,方辰在短短6年裡又接連取得一系列重要科研突破。

“成績的取得還要歸功於團隊的大力合作。”方辰說,“獨立研究能力很重要,合作也同樣重要,畢竟一個人的智慧很有限,思想的交流往往能碰撞出意想不到的‘火花’。”

今年是方辰研究拓撲能帶理論方向的第十年。“接下來想要去別的研究方向試一試。”他說,“楊振寧先生曾經說過,物理學傢每7年就應該換一個方向。目前,拓撲能帶理論這個方向的很多重要問題已被解決得差不多瞭,我應該再去別的研究方向開拓一下,希望也能做出一些不錯的成績。”