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翁紅明在講解電子運輸理論。
田春璐攝

人物簡介：

翁紅明，1977年出生，現為中國科學院物理研究所凝聚態理論與材料計算實驗室研究員、博士生導師。主要致力于凝聚態物理計算方法和程序的開發以及新奇量子現象的計算研究，成果入選2015年度中國科學十大進展、英國物理學會《物理世界》2015年度十大突破、美國物理學會《物理評論》系列期刊創刊125周年紀念文集等。

在中科院物理研究所（以下簡稱“物理所”）的年輕人里，研究員翁紅明是小有名氣的一位。就在剛剛過去的2022年，他因在數學物理學領域的杰出貢獻，獲得第四屆“科學探索獎”。

在國際計算凝聚態物理研究領域，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到外爾費米子和三重簡并費米子的準粒子。這是國際上物理學研究的重要科學突破，對拓撲電子學和量子計算機等顛覆性技術的誕生具有非常重要的意義。

自由思考、厚積薄發，真正對人類文明有所貢獻

1928年，英國物理學家保羅·狄拉克提出了描述相對論電子態的狄拉克方程。1929年，德國科學家赫爾曼·外爾指出，當質量為零時，狄拉克方程描述的是一對重疊的具有相反手性的新粒子，即外爾費米子。這種神奇的粒子帶有電荷，卻不具有質量，因而具有確定的手性（指一個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多年過去了，科學家們一直沒有能夠在實驗中觀測到外爾費米子。直到2015年1月初，中科院物理所方忠研究員帶領的研究組與普林斯頓大學研究小組合作，從理論上預言了在以砷化鉭為代表的一批材料中存在著外爾費米子。此后，這個理論預言經過實驗得到了進一步驗證。

在研究過程中，翁紅明發揮了至關重要的作用。他從發表于1965年的一篇實驗文獻中受到啟發，并通過第一性原理計算，初步認定砷化鉭晶體等同結構家族材料可能是無需進行調控的、本征的外爾半金屬。這類材料能夠合成，沒有磁性，沒有中心對稱，是實驗制備、檢測都非常便捷的絕佳材料。

翁紅明說：“這一發現的難度在于，從眾多材料中找到合適的對象猶如大海撈針，必須對外爾費米子和材料物理特性都有相當認識才行。”

在外爾費米子被發現的一年后，翁紅明和同事們又進一步“預言”：在一類具有碳化鎢晶體結構的材料中存在三重簡并的電子態。

2017年6月，這個新預言被實驗證實，三重簡并費米子被首次觀測到。這是物理所科研團隊繼拓撲絕緣體、量子反常霍爾效應、外爾費米子之后，在拓撲物態研究領域取得的又一次重要突破，引起國際物理學界廣泛關注。

成績源于多年的深耕積累。翁紅明很享受在物理所工作的經歷：“這無關榮譽，我找到了更感興趣、更加深入的研究領域和方向。”

自由思考、厚積薄發，一直是翁紅明喜歡的學術氛圍。他所追求的不是多發表文章，而是能攀登科學高峰，真正對人類文明有所貢獻。

科研僅靠一個人或一個小組的力量是不夠的

作為理論物理學家，翁紅明專攻量子材料的計算和設計。

物理學通常分成兩大類，即理論物理和實驗物理。理論物理通過理論推導和公式推算得出的結論被稱為“預言”，“預言”必須通過實驗驗證才能成為國際公認的科學事實。

在翁紅明看來，他接連獲得的幾次重大發現，都離不開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。

“理論預言、樣品制備和實驗觀測，這三個環節缺一個都不行。”翁紅明說，“在當今科學領域細分程度非常高的情況下，科研僅靠一個人或一個小組的力量是不夠的。當有重要任務目標時，我們幾個小組緊密合作，在理論、樣品、實驗等環節實現了環環相扣、無縫對接。”

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

但翁紅明認為，計算推演的確要做，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際上最新的科研進展，然后分析、思考、計算，再把自己的想法跟同事們交流。“很多時候，我的一些想法，或者說突然的一些靈感，其實都是在思考、交流和工作過程當中產生的。”

“發現三重簡并費米子”這一成果，就源于翁紅明和石友國、錢天兩位同事一次喝咖啡時的思想碰撞。

物理所的咖啡廳在學術界享有盛譽，不但因為咖啡好喝，也因為常有科研人員匯聚在此暢聊科學、各抒己見，聊著聊著，靈感經常“火花四射”。

和大家一樣，翁紅明、石友國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第一時間告訴他倆；石友國和錢天在實驗過程中有什么新發現或疑惑，也會第一時間反饋給翁紅明。

“閑聊中就能交換信息，我們的交流是完全敞開的，毫無保留地讓大家知道彼此做了什么。”翁紅明說。

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，一個是注意總結和積累，另一個就是跟別人多交流。

“目前我努力發展基于大數據和人工智能的凝聚態物質科學研究，其實也是基于這兩點考慮，因為所有人的知識積累都體現在這些數據當中。”翁紅明說。

做研究應該抓住一些更新奇、更本質的問題

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

初中開始，翁紅明第一次接觸到物理，從此便沉迷其中。“物理讓我對周圍的世界有了更深入的了解和認識。”翁紅明說。

興趣是最好的老師。對物理的熱愛，指引著翁紅明叩開了物理科學的大門。

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

南京大學的物理系在凝聚態物理領域積淀很深。翁紅明在這一領域進行相關知識的學習與研究，一學就是9年，直到博士畢業。畢業后，他去了日本的東北大學金屬材料研究所做博士后研究，主要研究各種材料的導電性質。

到日本一年半后，翁紅明萌生了轉換研究方向的想法。

“我想要轉到計算方法和程序的發展上，這是凝聚態物理領域中一個最基礎也是最具有核心競爭力的方向。”翁紅明說，“如果想要在這個領域有長遠發展，就要在這個方向上有一定的積累。”在他看來，靜下心來探索重要的基礎科學問題，要比做一些“短平快”研究更有意義。

想歸想，但真正下定決心，翁紅明也經過了一番糾結。

他坦言：“當轉到一個更基礎的方向，也意味著你在未來的幾年甚至是更長的時間里都需要耐得住坐冷板凳。所以必須做好思想準備，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折。

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

翁紅明告訴記者：“他跟我介紹了當時做的一項很有意思的工作。雖然我那時并沒有很深刻的理解，卻受到很大的啟發——做研究應該抓住一些更新奇、更本質的問題。”

在方忠的影響下，2010年，翁紅明決定回到國內，入職物理研究所，成為方忠團隊的一名成員。

翁紅明說：“每個人在一生當中可能會跟很多人交往交談，但在人生重要轉折時刻能夠給你啟發的卻不多。能有這樣的機遇去跟方忠老師交流并受到啟發，我覺得這是非常寶貴和幸運的。”

在新的一年里，翁紅明說自己有很多研究工作要做，尤其是如何在拓撲電子學器件研究方面取得突破，促使拓撲電子態理論變成可落地應用的技術。而這，需要跟器件和應用等方向的研究人員進行交流和討論。

翁紅明相信，拓撲時代的黎明時分正在臨近。

關鍵詞： 基礎科學