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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。“

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)涞目破铡Ｋf(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。我們把這樣的分類叫做拓?fù)?。這是一種拓?fù)涞姆诸惙椒?，就是我們可以?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)浞诸愑胁煌奈锢硇?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)類似的拓?fù)涞亩x，但是最重要的還是不同的拓?fù)浞诸愒谖锢砩嫌蟹浅１举|(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?，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。