作者:张双虎 来源:中国科学报 发布时间:2021/6/28 12:11:07
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造就“象群”型研究团队
——记国家自然科学基金创新研究群体项目“复杂表面与界面体系的新物理”

 

 群体核心成员合影        受访者供图

“复杂表面与界面体系的新物理”创新研究群体项目成员将自己喻为“象群”。

“人们常用‘狼群’比喻群体的高效协作,但狼经常会相互争抢。我们6个人(创新群体6个核心成员)之间关系非常融洽,大家相互学习、相互成就,在分配资源方面甚至有点谦让。”该创新群体项目负责人封东来告诉《中国科学报》,“从这个角度说,我们更像是最近大家关注的云南‘象群’,每个个体足够独立,又能融洽地密切合作,对群内‘幼象’(年轻人)呵护有加。”

过去6年中,该群体在表面与界面的新奇超导电性、二维晶体、低维拓扑材料等方向上密切合作,取得了一系列有国际影响力的创新性成果,形成了一个具有国际竞争力的不断产出原创成果的研究群体。

“围攻”表面与界面

“我们6个课题组之间‘三三、两两合作’特别多。”封东来说,“张远波是二维材料研究领域的专家,李世燕是极低温输运的专家,张童是扫描隧道显微镜(STM)的专家,龚新高擅长计算,金晓峰是磁学和金属薄膜生长的专家,而我一直在用角分辨光电子能谱(ARPES)和氧化物分子束外延研究低维量子材料,我们从不同的角度‘围攻’各种表面与界面中的有趣现象。”

该群体6个课题组围绕同一目标,从不同角度“进军”。项目执行中,6个课题组之间多次相互交叉合作,形成了复杂的“网状交叉”结构。

以黑磷为例,张远波和中国科学技术大学教授陈仙辉合作,首次制备出二维黑磷晶体管,开辟了二维黑磷研究新方向,并观察到整数量子霍尔效应等新奇特性;封东来课题组对黑磷电子结构的测量,则为张远波理解半导体能带结构提供了重要依据。

FeSe/STO是中国科学院院士薛其坤课题组发现的一类具有最高超导电子配对温度的界面超导体系,引起学界广泛关注。张童、封东来、龚新高等合作,像搭积木一样,改变超导界面的不同构成,实现对界面的单原子层精度调控,再进行高精度的ARPES和STM测量与第一性原理计算,揭示了界面电荷转移与界面电声子耦合共同作用提升超导电子配对温度的机制,为设计新的超导体系打下基础。

“类似的合作很多。”群体核心成员之一、复旦大学教授张远波说,“大家有共同的兴趣,有互补的实验技术,又有共同的想法,协作成为自然而然的事情。”

没有边界的实验室

“得益于复旦大学物理学系良好的学术氛围,群体之间能够毫无保留地互相学习、互相帮助,在凝聚态物理这个学科领域不停碰撞出新成果。”封东来说。

在Bi/Ni界面超导研究中,金晓峰做了很多实验,认为这是个p波超导(一个特殊的三重态超导)。但张童的实验发现,它更像是个s波(即常规的单态超导)。

为此,从小组间讨论到请外部专家一起分析,大家断断续续“吵”了好几年。大家基于自己的研究和实验,迄今仍然“谁也说服不了谁”。

“这个问题比较复杂,至今仍悬而未决。”封东来说,“金老师曾是物理系主任,可以说是张童的长辈,但该‘吵’的时候还是‘吵’,没有人觉得被冒犯,反而因为有人关心相同的科学问题而惺惺相惜。”

各课题组之间的交流和学习是家常便饭。

封东来课题组进行氧化物分子束外延生长,有臭氧退火技术,张远波课题组在做铜氧化物高温超导材料研究时,向封东来组学习了臭氧退火处理技术,成功实现了最薄的高温超导材料;张远波和陈仙辉合作开发出固体离子门电极调控材料技术,李世燕通过和他们合作掌握了这项技术,把它用到铁基超导材料研究中,发现了一种分立的超导相图;李世燕是用稀释制冷机进行低温热输运测量的专家,他的经验帮助张童建成目前电子温度最低的稀释制冷STM,为张童对马约拉纳零能模的研究打下基础;而张童帮助封东来在分子束外延系统上加装了STM,这样就可以直接原位观察生长出的薄膜表面质量,极大促进了FeSe/STO界面超导研究进程。

“这样我们就形成了一个闭环,每个人都无私地公开自己的‘绝活’,经过群体6年的合作,所有课题组都更强大了。”封东来说。

不只群体里6个学术带头人受益良多,他们的不少学生——这些“幼象”们,也“至少掌握了两门手艺”。

“老师们都很忙,不能天天在一块儿讨论,但各个实验室学生间的交流非常多。我的学生经常跑到东来实验室,跟他们讨论、用他们的设备、学他们的技术。”张远波说,“我也经常看到其他群体成员的学生过来用我们的仪器、和我们讨论。”

“通常学生进其他老师的实验室,至少要经过老师的同意。因为我们都在一个群体中,老师和同学接触较多,学生们互串实验室不需要跟老师打招呼。实验室变得没有边界,大家自由出入、免费使用。”该群体核心成员之一、复旦大学教授李世燕说。

“我们的学生互相熟悉,接触面也特别广,不少学生得到两三个组的培养,甚至成为两个导师的‘学术后代’。”封东来说,“这对他们未来进行交叉创新、开展自己的研究非常有帮助。”

不是一个人在“战斗”

封东来用“安全感”来描述对国家自然科学基金的感受。

“科学基金评审过程公平公正,绝大部分评审专家都很专业,工作人员为人也很‘端方’,让我们感到很踏实。”封东来说,基金是一个很好的黏合剂,把大家凝聚在一起。作为连续6年资助的人才类项目,创新群体项目不看重短期效益,能够通过对某个方向的长期培养以及群体的协同作用,解决一些前沿的重要问题。

“我研究的每个重要节点背后都有科学基金的支持。”张远波说,“刚回国就得到一个重点项目,我们实验室也是在此基础上搭起来的,后来做出第一批成果,包括黑磷材料的成果都有基金的支持。可以说基金是‘雪中送炭’。”

李世燕认为,通过科学基金的这些项目,和其他人、其他团队有了很好的合作,最后一起做出成绩,这让人感觉“不是一个人在单打独斗”。

张童作为群体中的年轻人,得到群体其他成员的长期关照。他表示,科学基金的持续支持和与群体成员间高效的合作,极大促进了自身成长。

“我参加了复旦物理系两代人作为负责人的群体项目,深感群体项目对从事基础研究的科研人员极为重要。”该群体核心成员之一、中国科学院院士龚新高说,“通过群体项目,张远波、李世燕等已经成长为经验丰富的教授,希望他们能在科学基金的支持下,做出更好的成绩。”

在自然界中,象群分工明确,合作默契,它们不仅有强烈的集体意识,还能妥善地保护幼象。与之相似,科学基金的支持把一群有共同兴趣的研究者“黏合”成一个群体,他们同心协力、共同成长,在凝聚态物理领域不断产出前沿成果。

 
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