大江东｜这对科研伴侣，在前沿领域携手“挖宝”

来源：【人民日报中央厨房-大江东工作室】

见到上海交通大学副教授李听昕时，他正在上海交大闵行校区物理实验楼，忙着布置新的实验室。

“在一楼向地下打了两个1平方米见方、1米多深的洞，放置两台低温强磁场制冷机，过段时间，实验室的测量设备就能从三楼搬到一楼，我们做实验放样品就不用爬梯子了。”李听昕说话间，刘晓雪匆匆赶到。这对科研伴侣回国两三年来，联手在国际顶尖学术期刊发表了凝聚态物理领域的数项重要成果，包括首次观测到分数量子反常霍尔效应的确凿实验证据，首次在单晶双层石墨烯与二维半导体的异质结构中观测到电子掺杂的超导态等。

刘晓雪（左）和李听昕在实验室讨论课题。采访对象供图

国内实验室也能出世界一流成果

提及两人发表在《自然》（Nature）上的论文，李听昕和刘晓雪都摆了摆手，说：“其实我们2023年9月发表在《物理学评论X》上的‘有关分数量子反常霍尔效应的首个确凿实验证据’的研究，比这个更重要，只不过Nature的名气更大些。”

一直以来，凝聚态物理学家都在孜孜不倦地寻找分数量子反常霍尔效应的确凿实验证据。近年来，科学家们基于二维材料莫尔超晶格系统，在有关分数量子反常霍尔效应的理论和实验研究方面做了大量探索，并将目光聚焦到转角二碲化钼体系。李听昕在美国康奈尔大学做博士后期间，主要研究就是二维层状半导体及其莫尔超晶格系统，积累了许多实验技巧。而刘晓雪在美国布朗大学做博士后的主攻方向是转角石墨烯超导，对制作高质量样品有着丰富的经验。

这对伴侣回国加入上海交大后，便决定联手向这一前沿课题发起冲击。两人马不停蹄地搭实验室、购置设备、招收学生、制备样品、开展测量。然而，因无法从海外购买到实验所需要的极低温稀释制冷机，课题组相关实验进展缓慢。

李听昕和刘晓雪向外求援，和学生带着珍贵而脆弱的样品，前往北京怀柔科学城，使用中国科学院综合极端条件实验装置，开展极低温测量工作。

“这些公共装置的机时有限，我们每次去北京，都要小心翼翼地把样品放在氮气罐里保存，一路护送。实验完成后，立即赶回上海做后续数据分析，考虑接下来的实验计划。科研充满变数，磕磕绊绊很正常，这正是它的魅力所在。”李听昕说。

经过大半年的努力，2023年8月，他们和美国的一个课题组同时在预印本平台arXiv公布了有关分数量子反常霍尔效应的首个确凿实验证据，并将这项成果正式发表在物理学界的国际顶尖期刊《物理学评论X》上，获得学界的广泛关注和高度评价。该项研究开启了零磁场条件下研究分数电荷激发、任意子统计等新奇物性的大门，为拓扑量子计算等研究提供了新的可能和机遇。

刘晓雪说，越是困难重重，越能看见李听昕对科研的笃定与执着，一如他们在北京大学物理学院量子材料科学中心初次相见。2011年，李听昕从西北大学毕业后，保送到北京大学物理学院直博，师从杜瑞瑞教授。

“我在大学二年级时才第一次听说凝聚态物理学，是杜老师培养了我的科研品味和判断力，让我分辨什么是真正的科学探索，领着我走上科研之路。”李听昕从摸熟仪器设备、做实验、看文献这些基础工作开始，一步步深入凝聚态物理学研究领域。

两年后，刘晓雪从山东大学毕业，也被保送至杜瑞瑞教授门下。她被李听昕的理性思辨、成熟稳重打动，被他身上的科研热忱所感染，也发现自己和他一样，最大的乐趣和满足感来自于科研。博士毕业后，两人先后到美国从事博士后研究。出国前，两人就约定好将来要回国做科研，“只要对科学探索褒有本真的热爱，国内实验室一样能做出世界一流的科研成果。”

事实证明，他们做到了！

开展实验一丝不苟。采访对象供图

力争每项研究都能有创新有突破

李听昕和刘晓雪从进入上海交大开始带学生做科研，就希望能传承上海交大的育人传统，养成学生在科研上独当一面的能力。博士生李楚善刚加入李听昕课题组时，因为与硕士时的研究方向截然不同，不掌握器件制备技巧，一时间做不出满意的样品。

李楚善说：“李老师和刘老师会提前做好实验规划方案，但不会指手画脚，而是放手让我们去摸索，鼓励我们大胆质疑，提出自己的想法。”

在博士生孙政看来，在两位老师的指导下，自己收获的科研成长是双倍的。一开始，他会将实验失败简单地归因于粗枝大叶，但刘晓雪每次都认真地和他一起复盘实验细节，找出真正的原因。而李听昕每次看到凝聚态物理学领域发现新的现象，都会像找到宝藏一样兴奋不已，迫不及待地分享到课题组的微信群里，跟大家一起讨论。

正是这股对科研的较真与热忱，让李听昕和刘晓雪在看到美国加州理工学院教授斯特凡·纳吉·佩奇课题组2022年在预印本平台arXiv公布的一项非转角石墨烯体系研究成果时，获得了灵感。

“把晶体双层石墨烯和单层半导体二硒化钨结合在一起，可以看到本征的双层石墨烯的超导态被显著增强，这个现象太有趣了，其中还有很大的挖掘空间。”李听昕说，“我们希望自己的每项研究都能奔着新的发现去，有创新、有突破。”

在这一热门研究领域，世界上很多课题组都在赛跑，但当时只有两个课题组在单晶石墨烯空穴端发现了超导态，两个课题组之间还开展了一些合作。而且，他们一直都是围绕空穴掺杂的超导情况开展研究，没有人研究电子掺杂。李听昕和刘晓雪下决心闯一闯这个“无人区”。

“我们发现双层石墨烯和二硒化钨贴合形成异质结构后，性质变得非常丰富，但是其超导态并未被完整地表征出来，主要原因是之前实验所加的电场受限，只能到1伏特/纳米（V/nm）。我和李老师讨论后达成的共识是，可以把电场推到更高。”刘晓雪说。

但是，加大电场，极有可能把样品“电死”，无法获得高质量石墨烯样品。“我们带领学生通过优化样品制备方法，将所加电场的极限推高到1.65伏特/纳米（V/nm），得到的高质量石墨烯样品可以说是世界上第一个实现这么高电场的。得益于能够给样品施加超过前人研究的高电场，我们第一次在晶体石墨烯的电子端通过栅极静电掺杂发现了超导态。这令人兴奋。”李听昕说。

李听昕和刘晓雪的课题组成为全球第三个在单晶石墨体系中观测到超导态的课题组，而且是首次在单晶双层石墨烯中观测到电子掺杂情况的超导电性，对于理解晶体石墨烯及转角石墨烯系统的超导机理、设计制备基于石墨烯系统的高质量新型超导量子器件等，具有重要意义。

李听昕在检查实验设备。黄晓慧摄

复杂科研外的生活简单而又同心

采访过程中，李听昕结合自己的研究，向记者延伸讲述凝聚态物理学的发展历程、重大发现的前因后果。对于曾在这一领域做出突出贡献的国内外科学家和课题组，他如数家珍。

对于普通人而言，凝聚态物理学深奥、晦涩、难懂，一件样品的制备、一项实验的观测长达数月甚至数年时间，想让普通人理解这个领域的研究，不是一件容易的事。刘晓雪认为，这恰是科研夫妻档的好处，在同一研究领域里携手并肩，彼此能够更好地理解对方，形成优势互补，碰撞出科研的火花。

两人的学术讨论随时随地进行，当在学术上出现观点相左、争执不下时，他们会把裁判权交给科学，“看实验结果。如果实验证明对方是对的，我们会竖起大拇指对对方说：‘你赢了！’”

复杂的科研世界之外，李听昕和刘晓雪过着极简的生活，每天重复着实验室和家之间两点一线的路径，节假日也概莫能外。

“平时做饭吗？”记者问。

“不做，吃食堂。”两人异口同声地说，相视而笑。

刘晓雪说，他们连办结婚证都是插空去的。2019年，在美国做博士后研究时，两人分住两个城市，相隔五六个小时车程，恰好有几天，两人的实验室设备都出了故障，“我们便利用这个空档期，相约到纽约领了结婚证，后来到我国驻美大使馆公证，这就结婚成家了。”

在生活上，两人相互补台、配合默契，从来不会让问题过夜，更不会陷入冷战。“我俩都是非常理性、独立的人，什么事情都是有商有量。在美国时一年也就见两三面，李老师2021年先回国，我俩又异国恋一年，但感情一直很稳定，因为已经习惯这种相处模式了。”刘晓雪说。

不过，工作再忙，家庭的责任也不会轻易放弃。2023年，去北京进行稀释制冷极低温测量时，正赶上刘晓雪生孩子，李听昕立即退掉了当天的高铁票，陪伴左右、悉心照顾，等刘晓雪和孩子出院后再带着学生去北京测量。

“孩子现在才两岁，更黏着妈妈，我就多付出一点，李老师的作息时间也做了调整，以前每天晚上十一二点到家，现在提前到了九十点钟。”刘晓雪说，和很多科研夫妻档一样，他们偶尔也有如何平衡好科研和家庭关系的烦恼，尤其是有了孩子后。不过，不管遇到什么样的困难，相同的理念与追求，都能让他们携手共进、并肩前行。

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