2018年第四届马丁•伍德爵士中国物理科学奖获奖者专访
2018年4月23日

分析测试百科网讯 2018年4月18日,第十六届全国低温物理学术研讨会在河南省新乡市河南师范大学开幕。在大会开幕式上,2018第四届马丁•伍德爵士中国物理科学奖举行了颁奖仪式,奖项得主揭晓。

马丁•伍德爵士中国物理科学奖由牛津仪器在2013年设立,旨在发掘和奖励国内年轻科学家在低温或强磁场环境下做出的突破性研究工作。牛津仪器希望能够通过在中国设立此项奖励,给国内取得了具有创新性科研成果的年轻科学家提供资助,促进其研究工作和职业生涯的拓展。该奖项每2年颁布一次,奖励1到3名获奖者,奖金为10万元人民币,最终获奖名单于当年举办的全国低温物理会议上公布。截止到2018年4月18日,已经有10位年轻的科研人员摘得此项殊荣。

中国物理学会低温物理专业委员会秘书长雒建林宣读了获奖名单:获得2018年第四届马丁•伍德爵士中国物理科学奖的有3位科研人员,分别是复旦大学赵俊教授、清华大学周树云教授以及中科院物理所钱天研究员。

复旦大学赵俊教授因其通过中子散射实验研究非常规超导体和磁性材料所作出的突出贡献获奖;清华大学周树云教授因对二维材料和异质结的电子结构研究及能带调控方面做出的杰出贡献获奖;中科院物理所钱天研究员因其通过角分辨光电子能谱实验发现Weyl费米子和具有3重简并度的费米子的突出贡献获奖。

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中国科学院院士张裕恒(右一)、河南师范大学物理与材料科学院院长杨宗献(左二)、牛津仪器纳米科学部董事总经理SimonHolden(左一)为获奖者赵俊教授(左三)、清华大学周树云教授、钱天研究员(右二)颁奖

颁奖仪式后分析测试百科网对复旦大学赵俊教授、中科院物理所钱天研究员进行了简短采访,牛津仪器纳米科学部亚太区副总裁李俊云博士陪同。详情如下:

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牛津仪器纳米科学部亚太区副总裁李俊云博士(左)、中科院物理所钱天研究员(中)、复旦大学赵俊教授(右)

Antpedia:请两位老师谈一下今天的获奖感受?

  赵俊:低温物理专业委员会把这个奖项颁给我,我感到非常荣幸,尤其是和周树云、钱天分享,钱天和我很早就认识了,而周树云是我在清华大学物理系的本科同学。现在国内对于青年科研人员支持力度非常大,一般年轻的科研人员起步会稍微慢一点,但是有了大的支持进步就会加速。

  我在复旦大学物理系工作,研究方向是用中子散射来研究强关联电子体系的新奇量子态。我目前感兴趣的材料有铜氧化物超导、铁基超导,还有一些非传统超导,以及量子磁性材料。我的研究通常需要极端条件,我们的中子散射测量经常会用到极低温、强磁场和高压的样品环境。我们希望这种样品环境有很好的中子透过性,还要保证低温的稳定性、磁场的稳定性。近年来具备极端条件的科研仪器的大发展对于我们这个学科有很大的促进作用。

  钱天:我的研究方向是角分辨光电子能谱,本科毕业于中国科技大学的,在国内一直读到博士,就在科大的低温楼,现在已经拆掉了。在2015年之前,我主要做角分辨光电子能谱超导方面的研究,其实和赵俊是同行,他是用中子散射做超导,铜基、铁基还有量子磁性,我们是做铁基超导。与赵俊不同的是,我是在一个大的课题组,丁洪老师是组长,他在实验条件上给了我很多支持。2015年,我们在上海光源建成一条同步辐射光电子实验系统,即BL09U,简称“梦之线”。梦之线建成之后,我开始转做拓扑。拓扑跟低温有很紧密的关系,虽然说我们的角分辨光电子能谱并没有用到太低的温度,但是拓扑里面很多相关的量子现象,只有在很低的温度下才能出现。

  我获奖主要是跟最近三年的工作是有关,即2015年转做拓扑之后。我最大的感受有两点:第一点,我们做实验需要一个实验平台,只有实验平台搭建起来之后,才能做自己想做的。做实验不能只靠眼睛去看,要靠设备去看,这是非常关键的。第二点,我们这三年的研究,背后是有一整套系统来支持的,虽然今天是我获奖,但是后面有包括做理论、做计算的团队的支持,他们首先做材料计算,把材料算出来,然后再去生长材料。我们实际上只是最后一步,就是到设备上去测。我们物理所现在比较推崇的一个模式就是大家相互合作,理论、样品和实验测量相互合作。我非常感谢我的同事,我们是分工协作,把事情一件件地做起来,这样的话我们的效率就会比别人快很多。

  Antpedia:请两位老师谈一下,研究中用到了哪些极低温、强磁场相关的设备?这些设备对研究工作起到了什么样的重要作用?

  赵俊:我们研究的超导体、量子磁性材料的很多新奇性质都是出现在极端条件下,比如我们测量量子磁性材料和非传统超导体经常需要在mK的温度下,现在中子散射测量可以降到30~70mK的低温,因为在高温下会有热涨落的影响,不容易获得材料的本征性质性质,而极低温条件下可以排除各种干扰;还有些新奇的相变本身就发生在接近绝对0K的低温。我们也经常测量材料在强磁场(比如十几特斯拉)和高压下的性质。低温、强磁场、高压都是我们研究强关联电子体系的复杂物性的调控手段。

  刚才已经提到,中子散射测量除了要保证有稳定极端样品环境之外,还希望中子能够顺利通过这个样品环境,这就需要仪器设计时保证非常低的中子散射背景噪音,这样才能保证数据的信噪比。所以我们的样品环境是用特殊材料合成。

  中子散射谱仪的搭建需要依托中子源等大科学装置,像散裂中子源通常需要几十亿甚至上百亿元的投资。测量中样品环境会用到牛津仪器等公司的磁体和低温环境,我的课题组主要是作为中子散射用户去世界各地的中子源申请机时,拿到了机时就自己带样品去做实验,一个实验通常七到十天,我们用到的仪器都是对全世界用户开放的公共设备。

  钱天:角分辨光电子能谱相对于中子散射来说实验要求应该会更苛刻一点,不加磁场,也基本不加压力,要在超高真空下来做实验,甚至要屏蔽掉地磁场,地磁场大概是500毫高斯,要屏蔽到几个毫高斯的水平。我们唯一比较相关的就是低温,用液氦,He4、He3,我们现在正在搭建的设备,如果使用He4可以达到一点几K,使用He3可以达到零点几K。当然和很多的实验测量里面更低的温度相比,我们不算是很低,因为我们整个周边的环境有些是暴露在室温里面,能够达到这种水平已经非常困难了,而且要保持超高的真空,在10-9Pa这个量级。我们最近三年相对没有用到那么低的温度,一般都在在十几K这个级别,之后要和超导结合起来做进一步的研究。

  极低温的设备用在超导方面作用更明显一点,就是要想看到超导态的信息,必须远低于超导转变温度,否则热涨落会把看到的信号湮没掉。

  我们现在跟赵俊有相似的地方,也是全世界去申请机时,但是还有一部分是可以在实验室里面做的。上海光源这条线是我们的组长丁洪老师牵头来建设的。整个线站很大一部分是中科院上海应用物理所来建的,是大装置,后面的终端站是我们自己建设的。

  Antpedia:请两位老师从用户的角度来谈一下极低温和强磁场技术的发展趋势。

  赵俊:我们希望有更极端的实验条件,因为很多材料要在接近绝对0K时才呈现特别的性质,我希望可以达到的极低温更低一些。另外,我体会最深的是我们现在做的高压实验,如果压力太高,中子通过率就不行了,样品腔也很小,导致信号很小,所以我们希望有中子通过率更高的高压设备,这对中子散射研究很重要。现有的中子散射的谱仪,恒定强磁场我们现在最高可以做到17T左右,这个已经是很高的磁场了,但是如果做到30T甚至更高,我认为很多体系会有更多更新的性质出来。我觉得这些可能是今后的发展方向,即发展更极端的样品环境。

  钱天:对于实验物理的人来说,特别是跟我们比较相关的,有两点比较重要:第一,如果能把设备调整到一个很好的分辨率、实验条件的话,你能做别人做不了的事情;第二,能够保证你的实验数据确实是正确的。在这方面,我受物理所潘庶亨老师的影响很大。我们现在在怀柔搭建了物理所的综合极端条件实验装置,对于我们来说就是温度往更低的方向走,虽然对于角分辨光电子能谱来说一点几K到零点几K已经算是很低的温度了,但我们还是希望能够降到一个更低的温度。除了温度之外,包括真空环境、分辨率,都要同时提高,温度降下来才会有意义。我也希望能够努力地让极端实验条件尽量往前走,做一些之前我们做不了的事情,那样可能会有更多的现象。很多实验现在做不了,就是受到实验条件的限制。低温对于我们来说是非常非常重要的一个实验条件,现在我们做的拓扑,拓扑超导在我们这个领域是非常非常少的,就是因为温度达不到,如果温度达到的话,我们在这方面应该会有很大的进展。

 

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