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拓?fù)涫茄芯繋缀螆D形或空間在連續(xù)改變形狀后還能保持不變的一些性質(zhì)的一個(gè)學(xué)科。它只考慮物體間的位置關(guān)系而不考慮它們的形狀和大小。那么，拓?fù)淞孔硬牧嫌质窃鯓拥囊环N材料，具有哪些特性呢？本期《視點(diǎn)前沿》欄目組采訪了來(lái)自華東師范大學(xué)的青年研究員袁翔老師，為大家分享他在拓?fù)淞孔硬牧现械淖钚逻M(jìn)展。

強(qiáng)磁場(chǎng)與紅外光譜結(jié)合，探索拓?fù)淞孔硬牧?/span>

袁翔老師課題組目前有7位成員，主要研究拓?fù)淞孔硬牧稀?/span>"拓?fù)淞孔硬牧涎芯坑泻芏喾椒?/span>"，袁翔老師介紹道，"我們選擇一條比較特色的方法，把拓?fù)淞孔硬牧涎芯扛鷱?qiáng)磁場(chǎng)和紅外光譜結(jié)合，通過(guò)結(jié)合這兩個(gè)很重要的實(shí)驗(yàn)技術(shù)，開(kāi)拓了一個(gè)新的研究領(lǐng)域，可以解決一些現(xiàn)有的技術(shù)所不能研究的物理問(wèn)題，我們此前的精力主要放在拓?fù)淠蹜B(tài)的研究中，尤其是試圖解決在不同維度下拓?fù)淠蹜B(tài)物理效應(yīng)的問(wèn)題。比如說(shuō)試圖把量子化效應(yīng)推廣到三維，因?yàn)槲覀儼l(fā)現(xiàn)在不同的維度下凝聚態(tài)中準(zhǔn)粒子的激發(fā)會(huì)出現(xiàn)一些很神奇的新效應(yīng)。這是我們的研究興趣所在，我們也試著努力把這個(gè)結(jié)合了強(qiáng)磁場(chǎng)和紅外光譜技術(shù)進(jìn)行推廣并把這個(gè)領(lǐng)域開(kāi)拓好?！?/span>

神秘的拓?fù)淞孔硬牧?/span>

拓?fù)涫菐缀螌W(xué)中常見(jiàn)的數(shù)學(xué)概念，那當(dāng)把拓?fù)浜土孔硬牧辖Y(jié)合在一起的時(shí)候，會(huì)出現(xiàn)什么新奇的性質(zhì)呢？袁翔老師用日常生活中常見(jiàn)的球和游泳圈的區(qū)別來(lái)對(duì)大家進(jìn)行拓?fù)涞目破?。他說(shuō)，“當(dāng)大家去討論一個(gè)球和游泳圈的區(qū)別的時(shí)候，我們知道這是兩樣不同的東西。但如果我們重新拿出一樣?xùn)|西，比如一個(gè)帶把手的杯子，那情況就不一樣了。杯子的把手上有一個(gè)洞，游泳圈上也有一個(gè)洞，如果這時(shí)候我們只是從洞的數(shù)量上去討論這個(gè)科學(xué)問(wèn)題的時(shí)候，我們會(huì)發(fā)現(xiàn)杯子和游泳圈是同樣的東西。如果把杯子做揉捏的形變操作，只要不做減和粘貼的操作，只是對(duì)它進(jìn)行形變，那你是可以把杯子變成一個(gè)游泳圈的。但是你卻永遠(yuǎn)沒(méi)有辦法把一個(gè)球通過(guò)連續(xù)形變變成一個(gè)杯子。我們把這樣的分類(lèi)叫做拓?fù)?。這是一種拓?fù)涞姆诸?lèi)方法，就是我們可以數(shù)數(shù)物體上有幾個(gè)洞，我們就可以用拓?fù)淙ザx它們。對(duì)于物理學(xué)家來(lái)說(shuō)，最重要的是不同的拓?fù)浞诸?lèi)有不同的物理效應(yīng)。比如像我們研究的拓?fù)湮锢砟蹜B(tài)中，我們往往關(guān)注的是電子的相位，當(dāng)電子相位在經(jīng)歷一些演化并回到原點(diǎn)的時(shí)候，我們?nèi)タ聪辔蛔兓谋稊?shù)并用這個(gè)物理量來(lái)定義拓?fù)?。這有點(diǎn)像我們?cè)趲缀紊嫌懻撘粋€(gè)東西到底有幾個(gè)洞。所以這是在物理中電子相位或者是一些別的物理參數(shù)可以給我們提供一個(gè)類(lèi)似的拓?fù)涞亩x，但是最重要的還是不同的拓?fù)浞诸?lèi)在物理上有非常本質(zhì)的物理區(qū)別和物理現(xiàn)象。一旦我們實(shí)行了拓?fù)浞诸?lèi)，比如剛才所說(shuō)的游泳圈，它對(duì)很多東西是不敏感的，比如有一些雜質(zhì)的擾動(dòng)，我們?nèi)ツ笠幌聞?dòng)一下，它的洞會(huì)永遠(yuǎn)在當(dāng)中，這個(gè)洞導(dǎo)致的物理效應(yīng)全部還在，關(guān)鍵是特別穩(wěn)定，所以它將來(lái)有很多的應(yīng)用出口，比如說(shuō)拓?fù)淞孔佑?jì)算。我們也希望通過(guò)自己的努力，進(jìn)一步更深入地了解拓?fù)洹?

二維材料的超線性效應(yīng)

很多人們關(guān)心的拓?fù)淠蹜B(tài)的準(zhǔn)粒子激發(fā)在層狀材料中才有，而層狀材料無(wú)論是在物理、器件應(yīng)用還是在材料研究中都是特別受到關(guān)注的一個(gè)系統(tǒng)。袁翔老師的課題組在研究中發(fā)現(xiàn)有一類(lèi)新型材料可以產(chǎn)生強(qiáng)烈的光電效應(yīng)。一般情況下探測(cè)器的光電效率會(huì)隨著功率的增強(qiáng)而降低。而在袁翔老師研究的層狀材料系統(tǒng)中，他們發(fā)現(xiàn)隨著隨著光強(qiáng)的增加，光電導(dǎo)隨功率的關(guān)系由亞線性變?yōu)槌€性，在毫瓦量級(jí)的功率下，展現(xiàn)出指數(shù)達(dá)到1.5的強(qiáng)超線性。 “也就是說(shuō)在強(qiáng)的光照下，材料的光電效率反而提高了。所以我們對(duì)這個(gè)有意思的現(xiàn)象很感興趣。因?yàn)樗梢栽趶?qiáng)光下提高光電轉(zhuǎn)換效率，有可能會(huì)在光電器件上有更多潛在應(yīng)用。"

加強(qiáng)校企合作，提升國(guó)家整體科研水平

    說(shuō)到與卓立漢光的淵源，袁老師說(shuō)可以追溯到他的學(xué)生時(shí)代。他在當(dāng)學(xué)生的時(shí)候就與卓立和先鋒有合作，自己搭建了系統(tǒng)，系統(tǒng)中很多組件也都是從卓立購(gòu)買(mǎi)，接觸最多的也是售前售后的工程師，袁老師謙虛地說(shuō)他這些年也與卓立的工程師團(tuán)隊(duì)一起在成長(zhǎng)，也向卓立學(xué)習(xí)了很多硬件的知識(shí)。而對(duì)于國(guó)產(chǎn)儀器，袁老師表示非常支持，“雖然國(guó)外儀器雖然對(duì)我們科研也很重要，但是我也看到國(guó)外儀器有一些不合理的地方。我希望國(guó)產(chǎn)儀器性能提升一方面對(duì)我們的科研起到更重要的作用，可以降低科研的成本，從另外一個(gè)角度說(shuō)能增加我們可以做的事情，可以有更多的研究人員投入，這對(duì)我們非常重要。從另外一個(gè)層面看，國(guó)產(chǎn)儀器的發(fā)展也代表了我們國(guó)家科研水平的一個(gè)層級(jí)。而我也在做一些簡(jiǎn)單的儀器研發(fā)，從我自己來(lái)說(shuō)，如果國(guó)內(nèi)可以買(mǎi)到的，我一般會(huì)優(yōu)先支持國(guó)產(chǎn)設(shè)備，因?yàn)槲蚁Ｍ徽撌莾x器廠家還是科研人員，需要通過(guò)相互合作來(lái)增強(qiáng)彼此的競(jìng)爭(zhēng)力，雖然現(xiàn)在我們很多地方還在追趕國(guó)外的先進(jìn)技術(shù)，但是我覺(jué)得已經(jīng)看到了要趕上的趨勢(shì)。所以讓我們繼續(xù)保持合作，把國(guó)產(chǎn)儀器做得越來(lái)越好。"

結(jié)束語(yǔ)

愉快的訪談結(jié)束，印象特別深刻的就是袁翔老師用球和游泳圈的類(lèi)比為我們深入淺出的科普了拓?fù)淞孔硬牧系母拍?，讓我們感受到科學(xué)真的是源于生活，而又高于生活。低維材料的魅力在于它能產(chǎn)生許多新奇的性質(zhì)，比如袁老師提到的超線性光電響應(yīng)，超高電導(dǎo)率，特殊表面效應(yīng)，量子尺寸效應(yīng)等。我們也期待袁老師課題組后續(xù)在拓?fù)淞孔硬牧涎芯款I(lǐng)域的開(kāi)拓上有更多新的成就。

袁翔，復(fù)旦大學(xué)物理系博士，加州大學(xué)伯克利分校聯(lián)合培養(yǎng)博士，現(xiàn)任華東師范大學(xué)青年研究員、博導(dǎo)。主要從事拓?fù)淞孔硬牧系膹?qiáng)磁場(chǎng)特性研究，致力于對(duì)拓?fù)浒虢饘匍_(kāi)展強(qiáng)磁場(chǎng)紅外光譜、電輸運(yùn)等物理性質(zhì)的聯(lián)合探索，同時(shí)兼顧拓?fù)浼{米應(yīng)用器件。在SCI學(xué)術(shù)期刊發(fā)表論文30余篇，其中以第一或通訊作者發(fā)表Nature 1篇，Nature Materials 2篇，Nature Communications 2篇等，部分論文獲ESI高引。