未來(lái)，變革性技術(shù)會(huì)出現(xiàn)在哪個(gè)方向？

拓?fù)潆娮討B(tài)及其材料研究，極有可能。

拓?fù)潆娮討B(tài)是什么？中國(guó)科學(xué)院院士、中國(guó)科學(xué)院物理研究所所長(zhǎng)方忠這樣解釋：“它是一大類新的量子物態(tài)，其研究對(duì)當(dāng)前物理學(xué)的發(fā)展產(chǎn)生了深遠(yuǎn)影響，不僅深刻改變?nèi)祟悓?duì)物態(tài)的認(rèn)識(shí)，也為變革性技術(shù)的出現(xiàn)提供新的可能。”

2023年度國(guó)家自然科學(xué)獎(jiǎng)一等獎(jiǎng)?lì)C給了由方忠院士領(lǐng)銜的“拓?fù)潆娮硬牧嫌?jì)算預(yù)測(cè)”。

對(duì)普通人來(lái)說(shuō)，拓?fù)潆娮討B(tài)太難弄懂，但要說(shuō)到新拓?fù)洳牧系目赡苡猛荆蠹一蛟S就能明白，為什么這個(gè)領(lǐng)域會(huì)成為國(guó)際凝聚態(tài)物理界競(jìng)爭(zhēng)的焦點(diǎn)和熱點(diǎn)。它能實(shí)現(xiàn)低能耗的電荷輸運(yùn)，用于開(kāi)發(fā)低能耗的電子器件；它將為未來(lái)磁存儲(chǔ)設(shè)備和量子計(jì)算機(jī)提供關(guān)鍵設(shè)備……

方忠領(lǐng)導(dǎo)的研究小組，是我國(guó)拓?fù)潆娮討B(tài)及其材料研究的中堅(jiān)力量。2003年起，研究團(tuán)隊(duì)從零起步、跟跑、并跑到交替領(lǐng)跑，獨(dú)立做出若干具有國(guó)際影響力的工作——計(jì)算預(yù)測(cè)首個(gè)量子反常霍爾效應(yīng)絕緣體、計(jì)算預(yù)測(cè)首個(gè)拓?fù)涞依税虢饘俸褪讉€(gè)外爾半金屬、提出并實(shí)現(xiàn)判別拓?fù)湫再|(zhì)的普適計(jì)算方法、建立拓?fù)洳牧蠑?shù)據(jù)庫(kù)……在關(guān)鍵時(shí)間節(jié)點(diǎn)上，他們引領(lǐng)了學(xué)科的發(fā)展，將我國(guó)推到拓?fù)潆娮硬牧涎芯康氖澜缜傲小?/p>

中國(guó)科學(xué)院物理研究所研究員翁紅明自2010年回國(guó)后，加入方忠團(tuán)隊(duì)，并成為核心人員之一。2013年，他和同伴在眾多候選物中，經(jīng)過(guò)計(jì)算分析，確認(rèn)化合物砷化鉭（TaAs）就是一直在尋找的非磁性外爾半金屬。這一結(jié)果在國(guó)內(nèi)外引起強(qiáng)烈關(guān)注，掀起實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證外爾費(fèi)米子的激烈競(jìng)爭(zhēng)。最終，TaAs成為世界上首個(gè)經(jīng)實(shí)驗(yàn)確認(rèn)的外爾半金屬。

那些伏案計(jì)算的日日夜夜、那些走了彎路的焦慮和失望、那些突破瓶頸的欣喜和鼓舞……如今再談起，都已云淡風(fēng)輕。翁紅明更愿意談的是科學(xué)本身：“我們的研究不僅在拓?fù)洳牧仙先〉猛黄疲鼮槟蹜B(tài)物理發(fā)展提供了一種新的研究范式——通過(guò)計(jì)算研究來(lái)推動(dòng)實(shí)驗(yàn)進(jìn)展。”在他看來(lái)，物理固然是一門實(shí)驗(yàn)科學(xué)，但發(fā)展到現(xiàn)在，理論研究應(yīng)該發(fā)揮更大的指導(dǎo)作用，計(jì)算研究能從浩如煙海的化合物中迅速篩選出最具潛力的材料，從而加速新物態(tài)和新材料的發(fā)現(xiàn)。“我們已經(jīng)形成‘理論計(jì)算—樣品制備—實(shí)驗(yàn)測(cè)量—器件開(kāi)發(fā)’的全鏈條正反饋研究模式。應(yīng)該說(shuō)，這一研究范式引領(lǐng)并推動(dòng)了拓?fù)潆娮討B(tài)研究領(lǐng)域跨越式大發(fā)展。”

理論研究仍要加強(qiáng)，但下一步更要關(guān)注如何調(diào)控拓?fù)湮飸B(tài)、利用拓?fù)湮镄詾楣δ芷骷膽?yīng)用奠定基礎(chǔ)。方忠說(shuō)：“前景廣闊！我相信，拓?fù)潆娮討B(tài)研究的大門剛剛打開(kāi)，拓?fù)鋾r(shí)代的黎明即將到來(lái)！”

（本報(bào)記者 齊芳）

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