在外界看來，26歲后的張成“像坐上了直升機(jī)”。
26歲這一年，他作為共同第一作者的論文在Nature雜志正式刊發(fā)。博士一畢業(yè)，他就被復(fù)旦大學(xué)破格錄用為博士生導(dǎo)師、青年研究員。終身教職的考核期6年，他只花了3年，便再次提前通過，晉升為研究員。
如今，他已沒了“后顧之憂”，終于可以投身于那些“真正重要的問題”。“大家覺得我是標(biāo)準(zhǔn)的‘卷王’，但我不認(rèn)可。我并不是‘卷王’。”張成說。
作為90后博導(dǎo)，張成的實(shí)驗(yàn)室氛圍非常寬松，他不要求打卡、可以接受學(xué)生“睡到中午再來”。面對(duì)具有挑戰(zhàn)性的課題時(shí)，他常跟學(xué)生說，“沒事兒，失敗了我給你兜底。”他的實(shí)驗(yàn)室一度成為“轉(zhuǎn)組圣地”，接收了好幾個(gè)從其他課題組轉(zhuǎn)來的學(xué)生，以至于全部滿員、一座難求。
讀博期間，張成在美國(guó)強(qiáng)磁場(chǎng)國(guó)家實(shí)驗(yàn)室。解決了40多年來的物理學(xué)難題
土博、未畢業(yè)、Nature、共同一作，這幾個(gè)關(guān)鍵詞疊加在一起，把張成推向了人生舞臺(tái)上的聚光燈下。
更受矚目的是這篇論文的研究成果：砷化鎘中基于外爾軌道的三維量子霍爾效應(yīng)。
量子霍爾效應(yīng)是20世紀(jì)以來凝聚態(tài)物理領(lǐng)域最重要的科學(xué)發(fā)現(xiàn)之一，迄今已有4個(gè)諾貝爾獎(jiǎng)與其直接相關(guān)。但40多年來，科學(xué)家們對(duì)量子霍爾效應(yīng)的研究仍停留于二維體系，從未涉足三維領(lǐng)域。
首次將量子霍爾效應(yīng)從二維體系推向三維體系這件事，被張成與合作者們做到了。
人們知道，農(nóng)貿(mào)市場(chǎng)里往往熱鬧非凡，人群熙熙攘攘。事實(shí)上，在導(dǎo)體中運(yùn)動(dòng)著的電子也是這樣，沒有明確的方向和軌跡，在運(yùn)動(dòng)的過程中還會(huì)使導(dǎo)體發(fā)熱、產(chǎn)生能量損耗。
但井然有序的高速公路就不一樣了，汽車們各行其道、暢通無阻。如果電子也能如此，按照一定的規(guī)則有序運(yùn)動(dòng)，其在傳輸過程中的能量損耗會(huì)大大減少。
早在130多年前，美國(guó)物理學(xué)家霍爾就發(fā)現(xiàn)，對(duì)通電的導(dǎo)體加上垂直于電流方向的磁場(chǎng)，電子的運(yùn)動(dòng)軌跡將發(fā)生偏轉(zhuǎn)，在導(dǎo)體的縱向方向產(chǎn)生電壓，這個(gè)電磁現(xiàn)象就是“霍爾效應(yīng)”。如果將電子限制在二維平面內(nèi)，在強(qiáng)大的磁場(chǎng)作用下，電子的運(yùn)動(dòng)可以在導(dǎo)體邊緣做一維運(yùn)動(dòng)，變得“講規(guī)則”“守秩序”。
但以往的實(shí)驗(yàn)證明，量子霍爾效應(yīng)只會(huì)在二維或者準(zhǔn)二維體系中發(fā)生。比如在一間屋子的“天花板”或者“地面”上，電子可以沿著“邊界線”有條不紊地做規(guī)則運(yùn)動(dòng)，一列朝前，一列向后，像兩列在各自軌道上疾馳的列車。那么，在三維空間中呢？
張成與合作者們第一次在三維砷化鎘納米片中看到量子霍爾效應(yīng)的時(shí)候，就像目睹汽車飛到空中一樣又驚又喜。這篇于2018年底上線的Nature論文，不僅發(fā)現(xiàn)了電子在三維體系的量子化電導(dǎo)這一現(xiàn)象，還解析清楚了電子的運(yùn)動(dòng)機(jī)制。
張成。從接水管做起，逐漸接觸到更難、更大的課題
如此看來，張成似乎非常幸運(yùn)。“幸運(yùn)地”選擇加入歸國(guó)不久、復(fù)旦大學(xué)物理系教授修發(fā)賢課題組，“幸運(yùn)地”接下了上述課題并順利做出了結(jié)果。
是，又不是。幸運(yùn)的背后，是他在曙光未現(xiàn)時(shí)持續(xù)5年的努力。
努力始于2013年，當(dāng)時(shí)張成讀大三。他選修的課程《科研實(shí)踐》鼓勵(lì)本科生進(jìn)入課題組開展研究訓(xùn)練。在“跟風(fēng)”選了兩個(gè)成熟課題組旁聽后，張成有點(diǎn)“摸不著頭腦”，組會(huì)上他“聽著聽著就睡著了”。
當(dāng)時(shí)，恰逢修發(fā)賢剛回國(guó)。“比起穩(wěn)定運(yùn)行多年的實(shí)驗(yàn)室，似乎修老師這兩間空空蕩蕩、家徒四壁的實(shí)驗(yàn)室更吸引我。我們可以從裝燈泡、接水管、買螺絲刀做起，一點(diǎn)點(diǎn)把實(shí)驗(yàn)室建立起來。”張成說。
當(dāng)時(shí)實(shí)驗(yàn)室有十幾臺(tái)不同功能的電表，急需建立一個(gè)控制系統(tǒng)，便于實(shí)驗(yàn)測(cè)量。“我花了2個(gè)月時(shí)間，對(duì)著說明書一頁一頁地學(xué)會(huì)弄懂，然后開始寫程序、不斷調(diào)試，最終將控制系統(tǒng)搭建起來。這個(gè)程序至今還在被密集使用，而且被擴(kuò)散到了其他幾個(gè)課題組里。”這讓張成對(duì)科研的興趣越來越大，“哪怕是小小的電表程序，哪怕是科研中的一小塊，一想到這完全是自己搭建起來的，我就充滿信心”。
后來，張成得到了一個(gè)課題，需要對(duì)某種材料進(jìn)行電學(xué)測(cè)量，“因?yàn)闇y(cè)試程序是我寫的，我最熟。很快就把材料的物理表征分析清楚了，也順利在Advanced Materials發(fā)表了自己的第一篇一作論文”。
就這樣，從科研中的點(diǎn)滴做起，他逐漸接觸到了更難、更大的課題。
做上述Nature論文的課題時(shí)，需要在高達(dá)幾十特斯拉的強(qiáng)磁場(chǎng)條件下進(jìn)行量子輸運(yùn)測(cè)量，實(shí)驗(yàn)初期需要到美國(guó)強(qiáng)磁場(chǎng)國(guó)家實(shí)驗(yàn)室開展研究。
當(dāng)時(shí)，張成和合作者前后坐過20多趟越洋航班，常常是時(shí)差還沒倒過來，就開始了幾天連軸轉(zhuǎn)的工作。
由于美國(guó)實(shí)驗(yàn)室對(duì)外開放時(shí)間有限，他們必須在短時(shí)間內(nèi)完成大量數(shù)據(jù)采集和分析。為了提高效率，他們輪流倒班做實(shí)驗(yàn)，甚至曾經(jīng)有一周都沒有踏出過實(shí)驗(yàn)樓，實(shí)驗(yàn)間隙直接到隔壁辦公室躺在睡袋里就地休息。由于強(qiáng)磁場(chǎng)設(shè)備被大量冷卻水圍繞，張成覺得自己好像“睡在瀑布邊上”。
“我們啃了一個(gè)星期的面包和罐頭，那個(gè)味道至今令人印象深刻。”張成說。
兩次破格，他卻說“我不是卷王”
張成的努力最終積攢出了喜人的成果，也被導(dǎo)師和學(xué)院院長(zhǎng)看在眼里。臨近畢業(yè)，他們聯(lián)名向?qū)W校推薦這位對(duì)科研充滿熱情的博士生。要知道，本土博士想直接留校任教的難度非常大，更何況是在復(fù)旦大學(xué)這樣的著名高校。
“其實(shí)，現(xiàn)在本土培養(yǎng)的人才也非常優(yōu)秀，很多都不輸海外名校。好在復(fù)旦給了我這樣的機(jī)會(huì)，很感謝學(xué)校。”張成說。最終，他被破格錄用為博士生導(dǎo)師、青年研究員。
建立實(shí)驗(yàn)室初期，由于家住得遠(yuǎn)，張成在辦公室睡了兩年多。每?jī)商旎匾淮渭页闪诵枰芭ψ龅降氖隆薄Ｋ麕е鴮W(xué)生們又一次從接水管、擰螺絲做起，搭建起了屬于自己的實(shí)驗(yàn)室。
憑著這股子沖勁，也憑著在先前研究基礎(chǔ)上做出的新成果，張成得到了8位外審專家的一致認(rèn)可，僅用3年時(shí)間便完成了常規(guī)需要6年的考核任務(wù)，再一次破格晉升為研究員。
在有些人眼里，張成是個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的“卷王”，而對(duì)于這個(gè)稱呼，他表示并不認(rèn)可，“實(shí)話說，我覺得目前青年教師‘卷’的程度有點(diǎn)過頭。適當(dāng)?shù)母?jìng)爭(zhēng)有必要，但如果是為了‘卷’某個(gè)課題，而放棄了自己原有的研究方向，去從事某個(gè)更加熱門的方向，只是因?yàn)樗冒l(fā)論文或者更好拿項(xiàng)目，那完全沒有必要。我不認(rèn)可或者說不看好這種‘卷’，更談不上是‘卷王’”。
“當(dāng)然，這和大家的考核壓力分不開。我們的夢(mèng)想可能是星辰大海，但現(xiàn)在頭上有個(gè)緊箍咒，為了完成任務(wù)，去做一些短時(shí)間就能有產(chǎn)出的課題無可厚非，但要時(shí)刻提醒自己不要形成思維慣性。當(dāng)目標(biāo)是3年或者6年的考核期，通過了之后呢？還會(huì)有下一個(gè)指標(biāo)，有各種各樣的考核壓力，那是一個(gè)又一個(gè)無形的枷鎖。”張成說。
因此，張成選擇從一開始就奔赴自己的星辰大海。從2021年實(shí)驗(yàn)室進(jìn)入穩(wěn)定運(yùn)轉(zhuǎn)階段起，他就帶領(lǐng)團(tuán)隊(duì)開啟了聲表面波技術(shù)在凝聚態(tài)物理研究的探索，將其作為新的量子物態(tài)探測(cè)手段。這在過去一直存在困難而無法得到廣泛應(yīng)用。
“磨刀不誤砍柴工，我們希望打磨出一把更鋒利的柴刀。”張成說。
張成（左）。受訪者供圖“失敗了我給你兜底”
比起砍柴，打磨柴刀面臨的困難自然更大。有學(xué)生經(jīng)受不住屢戰(zhàn)屢敗的壓力，跟他抱怨，“我們很大可能失敗，為什么還要去做？為什么不選擇一些更穩(wěn)定成熟的方向？”
對(duì)此，張成通常的做法是，盡可能排除學(xué)生的后顧之憂。在最初的一兩年，他會(huì)給學(xué)生安排具有挑戰(zhàn)性的課題。如果走得通就繼續(xù)走，如果走不通，便轉(zhuǎn)向更穩(wěn)妥的方向。“我希望學(xué)生不要過于焦慮。如果他做完了足以順利畢業(yè)的課題，我再鼓勵(lì)他往前走，去做一個(gè)更難的課題。”
張成常常對(duì)學(xué)生說：“沒事兒，失敗了我給你兜底。”
話說回來，“兜底”的底氣既來自這位年輕導(dǎo)師自身的實(shí)力，也來自實(shí)驗(yàn)室良性運(yùn)轉(zhuǎn)、往屆的學(xué)生留下了足夠多可供延續(xù)的課題。
慢慢地，張成課題組的“美名”傳開了。學(xué)生們都知道，在他的課題組大概率能順利畢業(yè)，還不查崗，允許大家睡到中午再來實(shí)驗(yàn)室。甚至，有學(xué)生把這里叫作“轉(zhuǎn)組圣地”。當(dāng)他們?cè)谄渌n題組研究受挫想換個(gè)方向時(shí)，張老師愿意再給一次機(jī)會(huì)。
“我相信學(xué)生是很有智慧的，我不希望培養(yǎng)一個(gè)工具的角色，所以我不過多干涉學(xué)生，只是指導(dǎo)或者只是一個(gè)打輔助的角色。”張成說，因此他常常“睜只眼閉只眼”。
同時(shí)，張成也有自己的策略，“如果給了學(xué)生一段時(shí)間的自由度，他卻一直沒有動(dòng)力的話，我就會(huì)提出一些具體的要求”。
有些時(shí)候，張成的鼓勵(lì)和要求也不奏效。面對(duì)難度更大的、富有挑戰(zhàn)性的課題，學(xué)生會(huì)本能地拒絕，尤其在遇到諸多挫折時(shí)，會(huì)十分消極。
這也是最令張成沮喪的時(shí)刻，往往比課題本身的壓力還讓他失落。他的解決辦法是“交給時(shí)間”，“我暫時(shí)不想這件事，去做些別的。備課上課、陪家人、帶小孩，之后就覺得有了新的動(dòng)力”。
張成不急。他明白，有些問題值得用一生去解，有些刀，值得一寸寸打磨。在一個(gè)以成功為標(biāo)尺的時(shí)代，那句“失敗了我給你兜底”，或許比他發(fā)表的任何一篇頂刊論文都更具分量。
科研的意義，從來不只是發(fā)表幾篇頂刊，而是在無數(shù)次退潮之后，依然有人愿意蹲下身來，在沙灘上拾起一顆又一顆平凡的貝殼，輕輕擦拭，耐心等待——直到它們，最終泛出星辰的光。
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