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)
全球经济不确定性继续增强******
作者:东艳(中国社会科学院世界经济与政治研究所研究员)
2023年全球经济将延续2022年的放缓趋势,呈现温和衰退;全球通货膨胀率有望下降,但仍将高于国际金融危机前的水平;受全球经济增速下滑、地缘政治冲突等影响,世界贸易前景也难言乐观。总体来看,今年全球经济仍面临不小的挑战,但调整过程同时孕育着复苏动力,各国需通过多边合作来加强经济协调,促进全球经济复苏。
在经历了2022年全球经济增速的显著下滑后,2023年全球经济复苏面临较大压力。地缘政治冲突、疫情的不确定性、美国等主要经济体经济刺激政策激进退出的溢出效应等一系列外部冲击因素依旧难以在短期内消除,全球经济继续处于不稳定和波动时期。
与此同时,2023年全球主要经济体促进增长的宏观政策、全球产业链的恢复、数字经济等新经济模式的发展、全球国际合作的推进等,为世界经济逐步回归低速增长的轨道酝酿动力。
全球经济将呈现温和衰退
2023年全球经济将延续2022年的放缓趋势,呈现温和衰退,其中上半年依旧呈现波动态势,预计下半年将有所好转。
根据中国社会科学院世界经济与政治研究所的测算,2023年世界经济增长率为2.5%左右。2024年后,全球经济有望回到低速增长的轨道。
具体到全球各主要经济体,美国经济出现实质性衰退的风险增强。美联储激进加息等紧缩性货币政策对经济增长产生延迟效应,而美国劳动力市场的需求下行压力增大,消费后劲不足,美国经济实现“软着陆”的难度较大,在2023年上半年有可能出现衰退。
欧洲将出现经济衰退,能源危机的持续影响、外部需求的下降、紧缩的货币政策等使欧洲经济在2023年将大概率陷入增长停滞。
亚洲经济总体呈现复苏态势,中国经济实现恢复性增长。防疫政策调整后,消费需求对经济增长的拉动效应增强,但是房地产业下行、人口老龄化、外部需求不足等因素对中国经济增长产生影响。日本经济缓慢复苏,但人口老龄化等内在因素使日本经济增长速度难以大幅提升,而美联储货币政策走向、全球经济下行等外部因素使日本经济仍面临下行压力。印度经济继续保持较高增速,能源转型、离岸外包、制造业投资扩张等使印度经济增长速度处于较高水平,预计2023年增长6.3%。
亚洲经济的复苏对于稳定全球供应链,为其他经济体提升外部需求,降低全球通货膨胀率在一定程度上提供了支撑。
通胀率下降但仍处高位
未来,全球通货膨胀率有望下降,但是仍将高于国际金融危机前的低通货膨胀率水平。
2022年,为抑制通货膨胀,美联储采取激进加息政策,欧洲央行以及加拿大、瑞士、英国等国中央银行也同步采取了加息政策。与此同时,随着供应链紧张局势缓解、需求放缓、库存增加导致的价格折扣和住房价格下降需求减少等,预计全球通胀率将在2023年下降。根据国际货币基金组织的预测,全球通胀率将在2022年底达到峰值,为8.8%;2023年降至6.5%;到2024年降至4.1%。总体来看,全球通胀水平仍然超过2%的中央银行目标水平。
全球货币和金融条件的收紧导致需求下降,并有助于逐步控制通货膨胀。美国在2023年着力于实现“软着陆”,在降低通胀率的同时保持一定的就业率。2022年美国在通胀率下降的过程中没有出现失业率的大幅下降。一些公司已经意识到,解雇员工可能在短期内减少成本,但以后会产生问题,由此他们可能会转向更“欧洲”的模式,即在经济衰退期间将员工留在工资单上,以便以后能更快、更平稳地复苏。
虽然美联储2022年的加息已经显示出一定的效果,各种通胀指标有所缓和,但对比历史上几次相对成功的“软着陆”,可以看到,本次通胀水平较高,劳动力市场较为紧张,这些因素显示出实现“软着陆”的难度较大。
欧洲在能源危机冲击下面临通货膨胀的巨大压力,供给和需求对通胀产生双向促进作用。不过很多学者认为,欧洲通货膨胀压力在2023年也将逐步缓解。
国际贸易和金融风险增加
全球经济增速下滑、地缘政治冲突等将给世界贸易发展带来较大不确定性。世界贸易前景仍不乐观。特别是全球价值链紧张程度加深,美国安全供应链和制造业战略新布局调整,在区域经济合作中采用了具有浓厚政治色彩的“近岸外包”和“友岸制造”。这一切体现了以美国利益为中心的心态,破坏了多边贸易体制,趋向于将现有价值链格局塑造为以美国供应体系安全为中心的新格局,阻碍了全球供应链区域内和区域间的融合。
2022年全球主要经济体采取央行同步加息以及收紧财政的紧缩性宏观经济政策,这对全球经济恢复产生一定程度的影响。同时,发展中国家陷入债务危机的可能性增加。美欧的加息政策使得发展中国家的融资成本增加,资本外流趋势增强。而外部需求的下降使新兴市场国家的外汇收入降低,引发流动性不足和融资受限,使发展中国家债务风险转向债务危机的可能性增加。2023年,由于对经济衰退的担心,部分国家可能会停止紧缩性货币政策。在2022年,面对美国通货膨胀的高企和通胀预期的增强,加息发挥了作用。随着通货膨胀的回落,利率上升周期或将结束。
大宗商品价格仍然存在波动风险,2023年,预计大宗商品价格总体不会大幅下降,但将呈现波动下行的态势。能源市场供求重塑地缘政治经济格局,能源短缺问题依旧是世界各国经济复苏的重要挑战,对全球经济的稳定产生影响。乌克兰危机引发的能源短缺对欧洲经济的不利影响依旧存在,欧洲经济可能处于衰退状态,高能源价格对实际收入产生不利影响,天然气价格的变化是影响欧洲发展的重要风险,大宗商品价格波动使世界经济的稳定性下降,同时低收入国家粮食危机常态化风险加剧。
总体来看,虽然通货膨胀高于历史水平、多数地区仍处于货币紧缩状态,叠加乌克兰危机带来的不利影响,全球经济仍然面临挑战。与此同时,调整过程也孕育着复苏动力。一方面,数字经济、绿色经济的发展引领全球技术创新与产业转型,进而提升全球增长动能;另一方面,数字技术不断发展,并与实体经济深度融合,将助推产业数字化转型。同时,国际政策协调和国际发展合作为全球企业提供了较为良好的经营环境,并提升了对世界经济发展的预期。2022年底,世贸组织成员实质性结束《投资便利化协定》文本谈判,67个成员共同发表了《关于完成服务贸易国内规制谈判的宣言》,宣布达成《服务贸易国内规制参考文件》,这展示了在全球政治经济环境复杂的当下,各国仍努力通过多边合作来加强经济协调,促进全球经济发展。