艾德思：详解神秘的物理曲线

 

物质学院 2015 级本科生张嘉鑫/蔡潇婵在临近毕业之际收获了丰硕的科研成果——他们合作的题为< Unveiling electronic correlation and ferromagnetic superexchange mechanism in van der Waals crystal CrSiTe3 >的文章已被知名期刊< Physical Review Letters >接收.张嘉鑫/蔡潇婵为共同第一作者,李刚教授/柳仲楷教授和郭艳峰教授为共同通讯作者,上海科技大学为第一和通讯单位.

  这篇文章解释了准二维体系 CrSiTe3 在低温状态的磁性机理,揭示了之前工作中未注意到的电子关联在该体系的金属 - 绝缘体相变中发挥的关键作用.近年来,上科大本科生屡屡发表高质量的文章,捷报频传.以物质学院为例,本科生作为第一作者或参与作者已经发表的论文和申请到的专利成果已有 35 项.

  本科生在导师的带领下能取得如此优异的学术成果,与上科大"科教融合'的人才培养理念/"导师制'纽带/校内先进的科研设施和开放机制密不可分.上科大的本科生切实参与了科研学习和实验室实践,且听张嘉鑫/蔡潇婵两位同学讲述厚积薄发的探索历程,以及对上科大培养和科研之路的毕业感悟.

张嘉鑫

物质学院 2015 级物理专业本科生

来自江苏省常州高级中学

毕业去向:清华高等研究院 - 凝聚态理论方向

在校荣誉:

2016 :校长奖学金

2017 :优秀奖学金

2018 :校长奖学金/上海奖学金

蔡潇婵

物质学院 2015 级物理专业本科生

来自上海市复旦附中

毕业去向:上科大保研进入李刚课题组

张嘉鑫篇

  上科大自由包容的校园氛围和诸多和善而博学的教授们,给予我了一段独特的四年大学生活体验.

两位导师点燃我对物理的学术热情

   回想在上科大的这四年,从最初犹豫选择什么专业,到进入物理专业后对不同领域的探索,再到具体的科研课题……如果我的生活中存在着一条主线,也许便是"对独立兴趣的寻找'.在这个"寻找'的过程中上科大的教授们对我的帮助和提点至关重要.

  刚入学时,由于有高中物理竞赛背景,我在学习大一基本课程的过程中并没有遇到太大困难.但是,我却遇到了一个很多人也曾为之苦恼的问题:我的大学生活应该是什么样的?我要怎么安排自己的课余时间?当时的我为了保证 GPA 而忙于刷题,实际上收获甚微,成长曲线的平缓让我开始有些低落.幸运的是,我在大一快结束时认识了柳仲楷老师,与柳老师交流后我意识到,如果希望更广泛地了解物理这门学科,就不能局限于课程体系内的内容,也不能满足于常规课程的进度.

  于是我渐渐跳出课程框架,开始了进一步课外自主拓展和后续理论知识的学习.在此期间,柳老师不时指导并帮助我保持合理的学习节奏,而在我能够独立地调整学习进度后,探索物理这件事也就变得更加有趣.

   物理总体分为实验物理和理论物理两大类,细分则有凝聚态/天文/粒子物理等具体方向,众多的分支使得我进入大二后在选择具体领域上遇到了困惑.由于缺乏对各个领域前沿研究的了解,再加上当时对科研生活不切实际的幻想,那时的我更加憧憬宇宙学/粒子物理中那些漂亮而纯粹的数学结构,对凝聚态中那些混乱复杂的体系和各种"不准确'的近似则感到不解.

  这种偏见部分来源于过去在物理竞赛中受到的训练:那时题目的条件更多已经给定,近似部分被隐藏,余下的都可以被模型化,所以竞赛往往要求学生用数学严格推导解题.而这导致我在刚接触凝聚态时十分疑惑,因为它和我想象中严谨的物理不一样.那段时间我的学习热情明显下降.幸好,这种情况在我遇到了李刚老师后发生了转变.在第一次见面讨论时,李刚老师便指出了实验观察和推导中做近似的必要性.

  接下来在李刚老师课题组里近两年的科研和学习生活中,我更是慢慢地发现了凝聚态理论所蕴含的特有魅力,它不同于偏向"还原论'的粒子物理,而是从一个新的视角看待物理现象,在看似一片"混乱'中却衍生出了新奇而严格的现象.这种体会让我对凝聚态物理的印象彻底发生改观,在恢复了热情后学习效率的提升也就是一件水到渠成的事了.

  我开始愿意为了搞懂一个有趣的物理图像查上好几篇文献;愿意为了组会报告的逻辑再通顺一点/漏洞少一点而连续熬夜到凌晨三四点;愿意为了更加通顺地理解专业文献以及自由地与更多专家交流,去啃高中时代"深恶痛绝'的英文……这两年来,李刚老师耐心负责的培养训练计划以及课题组内开放平等的讨论环境,对我物理图像的纠偏和理论基础的积累有很大帮助.

"半争胜负半悟道'

   回顾四年来我所遇到的各种困惑,其实每一次的苦恼与迷茫背后,都蕴含着我们对于独立人格/个人兴趣的一步步探索.而这些探索以及探索后的所得才是我在上科大最大的收获.还记得高中时竞赛教练经常和我们说要"半争胜负半悟道',当时听到这句话我只觉得很"玄学'/很有趣,但当我再次品读这句话时,我发现"悟道'其实就是在学习知识的过程中对自己内心的确认:我想做些什么?我喜欢什么?什么又令我欣赏?

  领悟 的多与少则会对我们知识积累量的"一阶导'乃至"二阶导'起到关键影响.我很庆幸在这条探索的路上,自己得到了上科大许多教授/师兄师姐,以及小伙伴们的陪伴和帮助.

  大四之前我的课余大都投入在了课题相关的内容,对同领域其他方向知之甚少.这种对待前沿领域的"用到再去了解'的态度,虽然能让我将更多精力集中于深入学习某些知识点,但是在大四暑假的研究生申请时,我首次意识到了这种学习习惯的问题:我对现在的物理前沿领域缺乏一个整体框架性的了解,只略微了解自己做过的小课题.除此以外,我对目前主流学术领域关注什么问题认识很模糊,对不同领域中有哪些大牛比较活跃也很不熟悉,更不用提去甄别不同工作了.

 

   实际上,物质学院几乎每周都会邀请海内外一线学者来举行学术讲座,主要介绍他们近年来的专题科研成果,这对我们拓展前沿知识面/了解领域最新动向/甚至只是单纯了解专业名词和大牛名字都是很有帮助的.然而惭愧的是,我当时总认为这些讲座与我手头的课题内容相去甚远,难有收获.因此,我参与过的学术报告可谓寥寥无几,也错过了不少机会.

  当然在了解前沿的过程中也要防止陷入另一个极端:对很多大牛和前沿学术名词非常了然,对实际内容却缺乏了解.好在上科大为大家提供了很多进入课题组的机会,使我们能够自己动手计算或者分析实验数据,在这些过程中就会渐渐地对从书上/讲座里学到的物理图像有更深的理解和记忆,有助于避免成为一个"名词学家'.总而言之,过于"专'或者过于"博'对于本科生都不是一个好的选择,我们应该合理利用上科大的资源来平衡这两者之间的关系.

在包容自由的校园环境中走自己的路

  上科大最初吸引我的地方是其自由包容的校园氛围,至少对于我在校的四年生活来说,无论是课程的选择还是课余生活的时间安排,学校都没有给予过多干涉.我可以暂时放弃自己不是很有热情的活动,转而将更多时间投入我个人更感兴趣的科研生活中,或是去选择我感兴趣却不在培养计划内的课程.

  四年下来,身边同学也大都收获了自己心目中想要的大学生活:有的同学组建起了乐队,在一次次晚会上闪耀全场;有的同学沉迷实验室,发表的文章多得可以用来打斗地主;有的同学醉心文学,每每写下的随想或者影评都令我自叹不如;有的同学四年里组织了无数次令人啧啧称奇的大小活动;还有的同学则在各大国内国际竞赛上屡获大奖;也有同学学习了数门小语种语言……正是这么多的同学遵循自己心中所想选择的道路,才谱写了上科大如今兼容并蓄的良好学风.

 

蔡潇婵篇

   在上科大学习的四年中,我有幸提前加入郭艳峰/柳仲楷和李刚三位老师课题组的科研生活,并在三段科研经历中一步一步地成长蜕变.

  刚加入郭艳峰老师课题组时,很多必需的专业课还没有接触,没有能力接手课题.初次接触晶体生长的我感到非常满足和兴奋,但在与郭老师的几次交流中,他指出"要掌握一些别人无法代替您的技能',这句话对我产生了很大的影响,使我恢复冷静并理智地看待自己所做的事情,并意识到自己当时的状态并不适合开展某些课题研究.因为我并没有足够的物理知识贮备去理解仪器测得的数据,更不要说去分析它们.仅仅获得数据是任何人都可以通过重复练习获得的技能,明晰这一点后,我决定提前自习一些专业课程以提高自己的知识储备.在这期间郭老师推荐我阅读了几篇前沿科研论文,使我的阅读能力得以显著提升.

  进入柳仲楷老师课题组后,我学习了角分辨光电子谱的基本原理及原始数据处理.之后接手了关于二维铁磁的课题.该课题中我主要负责该材料磁性性质的数据采集/实验原始数据的处理与分析.在这个过程中,组内师兄在怎样使用软件处理数据上给了我很大帮助,柳老师则在所有数据分析对比上给予我关键的指导,课题成果有幸发表.

  与论文被杂志接收发表相比,完成课题的整个过程对于我有更加重要的意义.课题刚开始时,柳老师推荐我看了两篇与课题相关的论文,使我在了解课题背景的同时知道了"做一个完整的课题'的重要性,我也因此发现做课题不能仅局限于某处细节,而更应该从整体上理解课题的研究目的和意义.在实验及与计算对比的过程中,我则明白了物理其实是一个理论与实验并重的学科,它的核心在于理解真实的世界.

  该课题的经历也改变了我对待科研的态度,原本的我一直期待论文发表,但是在研究的过程中我发现科研的重点是对未知的探索,而探索的正确与否并没有人能够保证,很有可能在投入了大量时间后才发现探索的方向完全错误,这对于以获得成就为目标的研究者来说是巨大的打击.意识到这点后我更正了自己的想法:对科研的成果不报期望但也从不懈怠,而这样的态度也帮助我在论文投稿过程中能够保持淡然的心态/专注于自己目前在做的事情.

  如今我加入到李刚老师课题组,在一次组会中李老师指出实验工作者的基本责任在于,采集真实可信的实验数据并以此为基础进行详细分析.而理论工作者应该更关注其微观机理,要有责任和勇气去揭示复杂宏观现象背后更为深邃和普适的物理原理.这让我意识到如果想做好理论,就要有能够挑战课题最后一道关卡的能力,因此我将会在未来的硕士与博士生活中努力充实自己,逐渐从需要老师引导和帮助的状态,成长为可以独立接受课题挑战.

 

毕业寄语

李刚(物质学院助理教授):

    张嘉鑫和蔡潇婵同学分别在 2017 年和 2018 年加入我的课题组,先后跟我学习/合作研究低维电子强关联系统的磁性和拓扑性质.临近毕业,我为您们的成长和取得的收获感到十分骄傲.您们身上有成为优秀理论科学工作者难得的从容和平静.与各种学术挑战相比,您们会发现自己将来更多的是要面对各种诱惑.如果物理是您们真正喜欢的事业,请记住继续保持一颗谦虚的心,面对挑战和诱惑,秉持一个物理人该有的信念,秉持永恒的科学精神和自律的学术道德,去实践自己的理想.真正的物理是优雅而简单的,希望您们今后的人生亦是如此.

柳仲楷(物质学院助理教授):

给蔡潇婵:

    我在本科和研究生的时候和您一样,也在理论和实验间犹豫不定,也会感到强者的阴影.最终您需要确信的是,您有独特的能力/知识结构和发现问题的嗅觉.您和任何一个人都不一样,有些问题就是只有您才能做出来的.不用担心某条路有多困难,或者别人走得比您快.您只需要确认一个方向往下走,在这个过程中保持对自己的审视,定能建立起强大的自我,走出自己的天地.

小小的意见是能与更多的人敞开心扉交流,人和人是有差异的,奇特的是在交流的过程中,我们能够确立共同的目标,还能够辨别出更清晰的自己.祝研究生生活顺利,接下来的合作愉快!

给张嘉鑫:

    物理是至善至美的,但也是冰冷残酷的.重要的发现永远就只有这么几个,而且只承认最先摘取他们的人.知识/经验/智力和时机,缺一个都不行.您要有野心做出第一流的工作,也要有足够的耐心去为那一天而积累.

    求道漫漫的长路上,人和人的关系是温暖而值得珍惜的,虽然会带来很多困扰和烦恼,但是也会给您信心和力量.今天我们把您推向更广阔的天地/更大的舞台,希望您能有所作为,更希望的是您能在物理研究和与人相处中都能找到开心/平静和满足的自己.

郭艳峰(物质学院助理教授):

    四年前,当您们抱着极大的勇气报考上海科技大学,您们都说:"我有一个梦想……'四年里,您们刻苦学习,在知识的海洋里畅游,在取得出色的学习成绩的同时,努力参与科研.当然,我知道您们彷徨过/挣扎过,但是却一直不断地努力燃烧自己的小宇宙,让自己茁壮成长.作为老师,传道/授业/解惑,我们努力提供一切可以提供的资源,创造宽松的环境,给您们茁壮成长的土壤和环境.四年后,经过上海科技大学悉心呵护/精心培育/积极引导,终于为您的梦想插上了翅膀.

    当您们回首这充实的四年,收获的不仅是去清华或留在本校继续深造的宝贵机会,也必然有对这四年美好的回忆.四年前,您们尚以学校为荣,四年后,学校已经以您们为荣.科研路漫漫,物理尤如是,现在不过是科研道路上的一个开始,"海阔凭鱼跃,天高任鸟飞',愿您们继续努力,永不停息,做出让上科大引以自豪的出色成绩,真正做到上科大育人理念的八个字——"立志/成才/报国/裕民'.

 

 

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