10月7日晚,全球顶尖学术期刊《自然》(Nature)一次性刊发两篇重磅实验论文,围绕“临界拓扑”这一前沿课题,宣告一项困扰物理学界多年的难题终于迎来实验验证。两篇论文的共同通讯作者,正是从江西分宜走出去的宁波东方理工大学助理教授余雪佳。一天之内两篇成果登上Nature,这项震撼学术界的突破,也让这位江西学霸走进大众视野。
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很多人或许很难读懂“临界拓扑”四个字背后的分量,这项研究,本质上打破了物理学界延续多年的固有认知。在过去传统理论当中,拓扑物态和相变临界点几乎是互相对立的两个概念。学界一直认为,拓扑特性的存在必须要有能隙作为基础,一旦系统走到相变临界点,能隙就会消失,拓扑性质自然也就不复存在,两者很难共存,临界拓扑长期被看作一块很难通过实验验证的研究禁区。
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虽然早有理论科学家大胆提出猜想,认为世界上或许存在特殊的临界拓扑物态,即便处在无能隙状态下,依旧可以保留拓扑特征。但是多年以来,这些设想仅仅停留在理论推导与数值模拟阶段,没有人能够在真实实验平台上成功观测证实。想要精准锁定这个临界点,维持体态完全无能隙,还要在大量环境噪声之中捕捉微弱的拓扑边缘态信号,难度极高。余雪佳本人也曾用一个形象比喻形容这项挑战,就好比让高速列车在悬崖边缘精准停下,还要检测出车轮上面细微的尘埃,实验难度可想而知 。
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本次两篇独立实验论文,分别由新加坡南洋理工大学张柏乐团队、中国科学技术大学蒋建华团队主导开展实验验证,余雪佳全程负责核心理论框架搭建,是串联两项实验工作的关键人物。两支团队采用声学超材料、声子晶体两套不同实验平台,分别从一维周期驱动系统、声子晶体两条路线同时完成验证,双双成功观测到临界拓扑现象,相互印证实验结论,扎实证明临界点上拓扑特性真实存在,直接把曾经只存在于论文猜想当中的设想变成现实。
这项成果的意义,远远不止基础物理理论层面的革新。一方面它重塑科学家对于量子相变、临界现象的理解,未来科研人员甚至可以利用拓扑指标,对量子临界点进行分类;另一方面,研究发现的这类特殊拓扑局域态,未来有望运用在声学、光学精密器件研发当中,为新一代功能材料开发打开全新思路,具备可观的工程落地潜力 。
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很多人不知道,这位如今站在国际物理前沿的青年学者,老家在江西新余分宜,高中就读于分宜中学,读书时期就已经展现出超强的理科天赋,尤其酷爱物理。从分宜中学走出之后,他一路求学深造,最终在北京大学物理学院拿到博士学位,深耕量子相变、拓扑物理方向。博士毕业后,他先后在福州大学任职,后来加入宁波东方理工大学担任助理教授,组建独立课题组持续深耕这个冷门前沿方向,默默耕耘多年,才有今天一次性两篇Nature的厚积薄发。
在顶尖学术圈子里面,能够以通讯作者身份在《自然》发表论文,已经是非常难得的成就,而同一时间,两篇独立Nature论文同时落地,本身就是一件十分罕见的事情。这不仅代表他的理论功底得到国际同行认可,也说明国内青年物理学家,已经有能力在全球前沿物理赛道上开辟全新方向,引领课题向前推进。
近些年来,江西走出了一大批优秀科研人才,他们离开家乡奔赴全国各大高校、科研院所深耕科研。余雪佳就是其中典型代表,从县城中学出发,一步步扎根基础物理研究,耐得住寂寞,啃别人不敢碰的硬骨头,最终站上世界顶级学术舞台。基础研究漫长又枯燥,很难短时间看到回报,如果没有足够定力,很难坚持走完这条道路。
当然,这两篇Nature论文并不是终点。临界拓扑这个全新方向刚刚完成首次实验观测,后面还有大量课题等待持续深挖,余雪佳和团队接下来还有很长的科研道路要走。新的现象被证实之后,更多衍生问题、工程化探索,都需要他们继续一步步探索。
当我们感慨国外顶尖科研成果不断涌现的时候,也越来越多看见像余雪佳这样本土培养起来的青年科学家脱颖而出。他们不靠海外光环,凭着对基础科学的热爱,敢于挑战学界传统认知,向着前人没能跨过的科研禁区发起冲击。
这份来自江西学者的重大科研突破,同样也激励着江西无数正在求学的少年。出身小城,一样可以仰望世界最前沿的科学星空,只要沉下心深耕钻研,普通人同样能够在基础科研领域闯出属于自己的一片天地。期待未来余雪佳团队能够持续产出更多重磅成果,也期待江西能够走出更多优秀科研人才,在全球科学版图持续发出属于中国科研工作者的声音。
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