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静心探索重要的基础科学问题不求“短平快”70后物理学家翁红明******

　　翁红明在讲解电子运输理论。

　　田春璐摄

　　人物简介：

　　翁红明，1977年出生，现为中国科学院物理研究所凝聚态理论与材料计算实验室研究员、博士生导师。主要致力于凝聚态物理计算方法和程序的开发以及新奇量子现象的计算研究，成果入选2015年度中国科学十大进展、英国物理学会《物理世界》2015年度十大突破、美国物理学会《物理评论》系列期刊创刊125周年纪念文集等。

　　在中科院物理研究所（以下简称“物理所”）的年轻人里，研究员翁红明是小有名气的一位。就在刚刚过去的2022年，他因在数学物理学领域的杰出贡献，获得第四届“科学探索奖”。

　　在国际计算凝聚态物理研究领域，翁红明成果颇丰。其中最为人称道的，是他和同事们合作首次在固体中观测到外尔费米子和三重简并费米子的准粒子。这是国际上物理学研究的重要科学突破，对拓扑电子学和量子计算机等颠覆性技术的诞生具有非常重要的意义。

　　自由思考、厚积薄发，真正对人类文明有所贡献

　　1928年，英国物理学家保罗·狄拉克提出了描述相对论电子态的狄拉克方程。1929年，德国科学家赫尔曼·外尔指出，当质量为零时，狄拉克方程描述的是一对重叠的具有相反手性的新粒子，即外尔费米子。这种神奇的粒子带有电荷，却不具有质量，因而具有确定的手性（指一个物体不能与其镜像相重合，如我们的双手，左手与右手互成镜像，但不能重合）。

　　但是80多年过去了，科学家们一直没有能够在实验中观测到外尔费米子。直到2015年1月初，中科院物理所方忠研究员带领的研究组与普林斯顿大学研究小组合作，从理论上预言了在以砷化钽为代表的一批材料中存在着外尔费米子。此后，这个理论预言经过实验得到了进一步验证。

　　在研究过程中，翁红明发挥了至关重要的作用。他从发表于1965年的一篇实验文献中受到启发，并通过第一性原理计算，初步认定砷化钽晶体等同结构家族材料可能是无需进行调控的、本征的外尔半金属。这类材料能够合成，没有磁性，没有中心对称，是实验制备、检测都非常便捷的绝佳材料。

　　翁红明说：“这一发现的难度在于，从众多材料中找到合适的对象犹如大海捞针，必须对外尔费米子和材料物理特性都有相当认识才行。”

　　在外尔费米子被发现的一年后，翁红明和同事们又进一步“预言”：在一类具有碳化钨晶体结构的材料中存在三重简并的电子态。

　　2017年6月，这个新预言被实验证实，三重简并费米子被首次观测到。这是物理所科研团队继拓扑绝缘体、量子反常霍尔效应、外尔费米子之后，在拓扑物态研究领域取得的又一次重要突破，引起国际物理学界广泛关注。

　　成绩源于多年的深耕积累。翁红明很享受在物理所工作的经历：“这无关荣誉，我找到了更感兴趣、更加深入的研究领域和方向。”

　　自由思考、厚积薄发，一直是翁红明喜欢的学术氛围。他所追求的不是多发表文章，而是能攀登科学高峰，真正对人类文明有所贡献。

　　科研仅靠一个人或一个小组的力量是不够的

　　作为理论物理学家，翁红明专攻量子材料的计算和设计。

　　物理学通常分成两大类，即理论物理和实验物理。理论物理通过理论推导和公式推算得出的结论被称为“预言”，“预言”必须通过实验验证才能成为国际公认的科学事实。

　　在翁红明看来，他接连获得的几次重大发现，都离不开与同事们的通力合作。这，也是他做科研一直特别重视的一点。

　　“理论预言、样品制备和实验观测，这三个环节缺一个都不行。”翁红明说，“在当今科学领域细分程度非常高的情况下，科研仅靠一个人或一个小组的力量是不够的。当有重要任务目标时，我们几个小组紧密合作，在理论、样品、实验等环节实现了环环相扣、无缝对接。”

　　在许多人的想象中，理论物理学家的工作，就是每天独自埋头在稿纸堆里计算推演，然后坐着冥思苦想、灵光乍现。

　　但翁红明认为，计算推演的确要做，思考分析也不可少，但和同行们的交流也非常重要。他每天上班的第一件事就是查看和了解国际上最新的科研进展，然后分析、思考、计算，再把自己的想法跟同事们交流。“很多时候，我的一些想法，或者说突然的一些灵感，其实都是在思考、交流和工作过程当中产生的。”

　　“发现三重简并费米子”这一成果，就源于翁红明和石友国、钱天两位同事一次喝咖啡时的思想碰撞。

　　物理所的咖啡厅在学术界享有盛誉，不但因为咖啡好喝，也因为常有科研人员汇聚在此畅聊科学、各抒己见，聊着聊着，灵感经常“火花四射”。

　　和大家一样，翁红明、石友国和钱天工作之余也喜欢在咖啡厅一聚。翁红明有什么新想法会第一时间告诉他俩；石友国和钱天在实验过程中有什么新发现或疑惑，也会第一时间反馈给翁红明。

　　“闲聊中就能交换信息，我们的交流是完全敞开的，毫无保留地让大家知道彼此做了什么。”翁红明说。

　　翁红明告诉记者，在科研道路上，自己非常珍视的成功秘诀有两个，一个是注意总结和积累，另一个就是跟别人多交流。

　　“目前我努力发展基于大数据和人工智能的凝聚态物质科学研究，其实也是基于这两点考虑，因为所有人的知识积累都体现在这些数据当中。”翁红明说。

　　做研究应该抓住一些更新奇、更本质的问题

　　1977年，翁红明出生在江苏泰兴一户普通人家。他的父母都是农民，家里还有一个姐姐。

　　初中开始，翁红明第一次接触到物理，从此便沉迷其中。“物理让我对周围的世界有了更深入的了解和认识。”翁红明说。

　　兴趣是最好的老师。对物理的热爱，指引着翁红明叩开了物理科学的大门。

　　1996年，翁红明参加高考。在填报志愿时，他毫不犹豫地将所有的志愿都填上了物理。最终，他如愿被南京大学物理系录取。

　　南京大学的物理系在凝聚态物理领域积淀很深。翁红明在这一领域进行相关知识的学习与研究，一学就是9年，直到博士毕业。毕业后，他去了日本的东北大学金属材料研究所做博士后研究，主要研究各种材料的导电性质。

　　到日本一年半后，翁红明萌生了转换研究方向的想法。

　　“我想要转到计算方法和程序的发展上，这是凝聚态物理领域中一个最基础也是最具有核心竞争力的方向。”翁红明说，“如果想要在这个领域有长远发展，就要在这个方向上有一定的积累。”在他看来，静下心来探索重要的基础科学问题，要比做一些“短平快”研究更有意义。

　　想归想，但真正下定决心，翁红明也经过了一番纠结。

　　他坦言：“当转到一个更基础的方向，也意味着你在未来的几年甚至是更长的时间里都需要耐得住坐冷板凳。所以必须做好思想准备，去做一些积累性的工作。”

　　2008年，翁红明的人生又有了一次重大转折。

　　那一年，物理研究所研究员、博士生导师方忠到日本访问交流，翁红明跟他进行了深入的交谈和讨论。

　　翁红明告诉记者：“他跟我介绍了当时做的一项很有意思的工作。虽然我那时并没有很深刻的理解，却受到很大的启发——做研究应该抓住一些更新奇、更本质的问题。”

　　在方忠的影响下，2010年，翁红明决定回到国内，入职物理研究所，成为方忠团队的一名成员。

　　翁红明说：“每个人在一生当中可能会跟很多人交往交谈，但在人生重要转折时刻能够给你启发的却不多。能有这样的机遇去跟方忠老师交流并受到启发，我觉得这是非常宝贵和幸运的。”

　　在新的一年里，翁红明说自己有很多研究工作要做，尤其是如何在拓扑电子学器件研究方面取得突破，促使拓扑电子态理论变成可落地应用的技术。而这，需要跟器件和应用等方向的研究人员进行交流和讨论。

　　翁红明相信，拓扑时代的黎明时分正在临近。（记者 吴月辉）

孕育中国美的课堂******

　　外形仿如巨龙的国家雪车雪橇中心“雪游龙” 资料图片

　　中国哲学文化海报系列之天地人和 胡书灵/资料图片

　　天津独乐寺观音阁手作构造 施晴/资料图片

　　止水 高与浓/资料图片

　　高架桥下模块化立体停车场设计 杜鹤蒞/资料图片

　　2016年G20杭州峰会会标设计 资料图片

　　【学人谈】

　　美术教育以美学知识和技能的培养为基础，其主要目的是延续和发展美术知识与技巧，满足公众精神和文化的需要。艺术设计是兼顾了美术和设计的实用艺术，在设计学中，艺术设计教育是融审美趣味、功能原理、科学技术以及创新能力培养于一身的知识体系。艺术设计教育培养的是各行各业服务于国家战略、经济发展、百姓生活的实用型设计人才，作为美育的延展，它的成果不仅反映了教育的质量，也能够反映出社会经济、人民生活和科技文化的发展水平。因此，高校对于艺术设计人才的培养不容忽视。

　　在高校艺术设计课堂上，优秀艺术设计人才培养应扎根于以文化创造美，以道德培育美，以社会创新推动美，让艺术设计的高等教育助力推动中国制造向中国创造转变、中国速度向中国质量转变、中国产品向中国品牌转变。

　　以文为美，厚植文化教育

　　选择艺术设计专业的高考生源一般都具有较扎实的美术基础，艺术设计类高校也会更加注重美术技能的训练和设计能力的培养。但技术终究只是表达美的手段，文化才是创造美的核心。高校的艺术设计教育要引导学生领悟中华文化内涵，把握时代特征，学会将民族文化与民族精神进行视觉化、形象化呈现。

　　鲁迅美术学院教师在一年级的“设计创意思维”课堂上对于中国历史和中国哲学进行重点讲授，以丰富的设计案例引导学生了解如何用设计语言讲好中国故事，展现中国形象。如2008年北京奥运会视觉形象设计、2010年上海世博会中国国家馆设计、2016年G20杭州峰会会标设计、2022年北京冬奥会形象及景观设计等，这些案例运用“中国印”“斗冠”“中国桥”“大熊猫”“中国龙”等符号或元素，为我们在课堂上启发学生领悟中国设计的文化内涵提供了示范。

　　在教学和创作中，教师的作品也可以为学生提供启发。如笔者的设计作品《中国哲学文化海报系列之天地人和》，体现了一种运用抽象语言表达中国传统哲学观念的方式：“天地人和”即天时、地利、人和，圆形代表“天圆”，多组方型线框代表“地域之方”，三角图形则象征向内聚合的人气，对称构图和沉稳的红色均传递出中华传统美学的深厚底蕴。

　　以德育美，培养责任担当

　　青年学子要涵养正气之德，要想国家之所想、急国家之所急、应国家之所需。当下，各行各业不仅要延续“中国制造”优势，还要奋力向中国创造、中国质量、中国品牌转变。在艺术设计课堂上，我们通过“品牌设计”的教学实践，带领学生参与民族品牌的设计合作。例如在“海娃渔获”餐饮企业VI设计中，方案采用正负形的形式，标识形象如“龙行踏绛气”，既表现了产业属性，也寓意了品牌的地位；包装设计采用黑金配色，体现出系列产品的高雅格调。通过这类实践活动，学生们真正懂得了如何将中国传统文化与现代国际化视觉语言相结合，并且在设计实践中体会到与民族品牌共同成长的获得感与成就感。

　　作为未来的设计师，艺术设计专业的学生是美育的受益者，也是美育的传播者。优秀的艺术设计人才要以美启智，以德育美，要有扎实钻研和精益求精的精神，不能一味地彰显个性而哗众取宠。对于艺术设计教育而言，传承工匠精神是重要的德育途径，为此我们在课堂上引入“中国大师”系列故事，用先贤的思想和品格启发学生。如在“建筑构造”课程中，向学生们讲述建筑大家梁思成的学术思想和人生追求，引导学生在作品中深入挖掘中华民族精神和地域特色。在课后作业《天津独乐寺观音阁手作构造》中，学生完成了对优秀中国古典建筑的深入分析和再造，通过学习、理解和搭建，深刻领悟中国古典建筑所蕴含的工匠精神，用自己的双手再现中国建筑之美。

　　以创新推动美，助力社会发展

　　创新思维是艺术设计的源头活水。在艺术设计领域内实现传统文化的创造性转化、创新性发展，是在具备扎实的文化和技术基础上，通过与人与社会的衔接而得以真正实现的。在指导毕业设计的课堂上，我们鼓励学生关注社会热点、思考社会现象，为解决社会发展问题提供助力，强调设计选题体现社会价值，积极践行创新、协调、绿色、开放、共享的新发展理念。建筑设计作品《止水》，便是基于对隐匿性抑郁症患者康复空间的关注，提出城市康健中心的创新设计。水天之间，建筑与自然环境融合共生，营造出一方令人内心宁静的休憩场所。又如设计作品《高架桥下模块化立体停车场设计》，在对城市道路空间的再利用进行深入思考后，设计者提出对高架桥下的闲置空间加以改造，这一设计可以充分提升城市道路空间的利用率，为城市的发展规划提供了有益的思路。

　　以设计解决问题、以设计助推发展，我们在课堂上引导学生持续关注艺术设计与人、与社会、与环境之间的关系，以文化创造美，以道德培育美，以社会创新推动美——只有这样，才能真正做到与时俱进，做出百姓喜闻乐见的产品和设计。而这，也是激发艺术设计人才前瞻力、创造力的根本。

　　（作者：胡书灵，系鲁迅美术学院副教授；杜鹤蒞，系鲁迅美术学院讲师）

　　（文图：赵筱尘 巫邓炎）