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心之所向,得失平常——我的点滴科研体会 | 陶蕾

陶蕾 中国物理学会期刊网 2021-04-27

|作者:陶蕾

(中国科学院物理研究所

本文选自《物理》2021年第3期


踏入物理科研领域的人,大概都是怀着一些梦想的。和他们中很多人一样,我最初对物理有兴趣,是基于各式各样科幻题材的电影和小说。之所以选择物理专业,也是因为不满足于仅仅一时沉迷幻想,而是希望真的去做些什么。不过对我来说,这个选择稍微寒碜了点:父母帮我选择的高考志愿落榜了,在父母和老师失望的眼神中,我没有选择复读,而是选择了自己想读的物理专业。就此,我与物理结下了不解之缘。


回头来看,我觉得最难过的时候,往往是得失心最重的时候。大学开始时我从没有想过,这里和科研前沿究竟相距多么远之类的事情;而后来,当发现身边的同学极少立志于科研的时候,我才感到了惶恐。此时,专业课的周幼华老师告诉我:如果想要做科研,就去考研吧。在眼花缭乱的招生信息中,我注意到了中国科学院物理研究所,因为这个名字清晰又响亮。十分幸运,我最终通过了物理所的面试,遇到了我的博士导师杜世萱老师。


作者博士毕业时与导师杜世萱留影


之后,6年的硕博生涯开始了。


我的第一个课题,纯粹是因为好奇。实验室的一位老师在通氢气后,在金和酞菁锰复合系统内发现了解离的氢原子,而这个复合系统的每个组分都是惰性的。彼时我没有任何相关的知识,没有第一时间认为这不可能,反而觉得十分有趣。也或者正因为没有相关背景,我纯粹天马行空的猜测,认为氢气是在复合系统的界面解离。在进行了一系列的计算工作之后,结果证实了我的猜测,但在对这个课题日益了解的过程中,我发现这个想法不符合常理,在投稿过程中收到了许多质疑。而此时,来组内交流的美国范德堡大学Pantelides 教授建议我去做实验,证实它。



那时我已是博士第三年,面临毕业的巨大压力,而我一直都从事理论计算,从未接触过实验,更别说催化实验,一切都要从零开始。纯粹的好奇心已经很难让我不顾得失全身心投入,既要担心毕业,实验也不顺利。雪上加霜的是,后来我不小心骨折,每天需要乘坐地铁来回两小时,实验也没有丝毫进展,而毕业近在咫尺,每天都过得十分煎熬。那时也反复怀疑自己,是否做科研真的需要“天选之人”,而我这样的“凡夫俗子”,真的能做科研吗?


实验一直没有取得想要的结果,最终我的第一个研究工作还是作为纯理论文章发表了。从期待到失望,这一年的奔波让我体会到了什么是科研。一段时间内,我陷入了无尽的迷茫,甚至怀疑起理论研究的必要性:理论和实践之间的距离如果如此遥远,那么我做的这一切真的有意义吗?除了心灵的迷茫,我更需要面对现实:毕业之后我又将何去何从?



所幸, 课题组同意我做博士后,同时在交流中认识的Pantelides教授邀请我去范德堡大学交流。我在一片迷茫中去往田纳西,音乐之都纳什维尔。那是一座非常小的城市,甚至没有几家中餐馆。身处异国他乡,远离家人朋友,我感到迷茫又孤独,只能全身心投入到新的工作之中。


此时,转机才真正的出现了:我与合作者Brehm 博士在测试计算参数的过程中,意外发现层状材料CuInP2S6 具有与传统铁电材料截然不同的四势阱特征,并且在电场驱动下,能够发生层间的离子迁移,存在截然不同的负电容现象。那时我因之前的经历,处在对自己的极度不自信中:关于铁电材料的研究十分热门,而CuInP2S6 不是一个新合成的材料,这个领域的其他研究人员难道从未发现这件事吗?真的不会又是仅存在于理论的故事吗?


然而,橡树岭的实验合作者没有放弃,他们多次修改实验方案,做出了漂亮的实验,用完美的实验结果证实了理论猜测,并且在投稿过程中面对诸多质疑也没有丧气,最终这一系列工作发表在Nature Materials,Advanced Energy Materials,

Physics Review Applied 等刊物上,并且还在继续挖掘其中的物理和应用。这一段经历对我来说有梦幻成真的感觉,它的意义并不只是几篇高水平文章而已,而是让我对理论计算的意义有了更深入的体会:理解实验,指导实验。理论计算并不仅仅是头脑风暴,我们需要和实验合作者一样,理解每个数据,理解它背后的物理规律,并且利用这些规律, 探索新的方向。科研,或者也和生活中其他事一样,往往在自信满满的时候遭遇困境,又在出乎意料的地方出现转机吧。


我想, 科研也许真的改变了我。从前的我叛逆、没有耐心、想一出是一出,而在这段经历之后,面对生活中的变故,我变得更加坚强。2020 年新冠疫情期间,身为远在异国他乡的武汉人,我亲身体会到了那种忧心如焚、彻夜难眠的煎熬。独身一人的孤独和迷茫,对家人朋友安全的担忧;4 月份田纳西遭遇了龙卷风,家门口的大树被连根拔起;随着美国疫情的日益肆虐,想要回国、却反复被取消的机票。如果是以前的我,也许会终日不能自拔,但现在的我面对变故能保持平常心,不自暴自弃,尽力而为,坦然面对一切。科研的道路没有尽头,未来我也许还会遇到更多始料未及的困难,但我相信,只要我一直追随自己心的方向,终能至达千里之外,逐梦圆梦!





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