复旦教授张远波:在奇妙二维世界“开疆拓土”

2019年,团队与合作者通过实验证明了石墨烯可以通过调控,实现从导体到莫特绝缘体的转变,相关研究发表于《自然·物理》(Nature Physics)。

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鼻梁上架着副黑框眼镜,刘海微微遮住前额,衬衣外罩着烟灰色的西服,微笑的时候显得斯文儒雅,复旦大学物理学系教授张远波是位“名扬系外”的“硬核”学者。自2014年起,张远波课题组几乎每年都有重大进展,推进了凝聚态物理领域诸多问题的研究。其中两项成果分别于2018和2019年登上顶级学术期刊《自然》(Nature),次年,又一项成果发表于《科学》(Science)杂志主刊。

“我们的志向是探索新材料,希望发现新物理。”张远波说。脚步不停歇,他的目光永远朝向未来。

2011年是张远波人生的分水岭,这一年,他回国加入复旦大学。“这里有年轻人的朝气和雄心,研究者们的目光都集中在各自领域的前沿问题上。”复旦大学的学术氛围“抓”住了张远波的心,他在这里一待就是十年。

十年间,他的实验室建立起来。从室内装修、布置,再到设备的采购、安装,张远波都付出了大量的心血。在这间白色主调、科技感十足的实验室里,张远波和他的学生们致力于“把一些不可能变成可能”。在他看来,压力是科研的必备品,挑战是人生的一部分。

归国后,张远波遇到的第一个难题是黑磷的研究。这是一种新型二维材料,以它为基础的场效应晶体管器件,在通讯及能源领域有重要的潜在应用价值。

由于极具前瞻性和复杂性,尽管与中国科技大学陈仙辉教授课题组“强强联手”,刚开始两三年,研究仍是进展缓慢。为此,张远波不得不在多地实验室之间来回奔波,不断修正研究方案,“摸着石头过河”。

研究进展不顺利,张远波的心态却很平和。在他看来,探索新材料、发现新物理,是一个长期的过程,短时间内没有进展很正常。“研究是探索和试错的过程,需要经常性的反思和调整。”

兴趣支撑着挑战,扎实的研究功底与锲而不舍的反复尝试终于得到了回报——2014年,张远波团队成功制备基于黑磷的场效应晶体管器件,相关成果发表于《自然·纳米技术》(Nature Nanotechnology)。

“我们找到了新材料,但还没有发现新物理。”张远波坦言,寻找新材料背后的新现象,需要超出当前的研究视野和理解范围,“这是一条艰难的道路,但值得去做。”

2015年,张远波团队与合作者成功实现在双层石墨烯中,通过栅极电压调控谷自旋输运,研究成果在线发表于《自然·物理学》(Nature Physics)。2016年,团队与合作者们运用光学手段,系统研究了黑磷能带结构随层数的变化,揭示了黑磷的巨大研究和应用潜力,文章在线发表于《自然•纳米技术》(Nature Nanotechnology)。2018年,团队发现新型磁性二维材料Fe₃GeTe₂,成果发表于《自然》(Nature)主刊。2019年,团队与合作者通过实验证明了石墨烯可以通过调控,实现从导体到莫特绝缘体的转变,相关研究发表于《自然·物理》(Nature Physics)。

一项项研究成果既是探索的成果,也是兴趣的结晶。张远波自述:“把想法落地是件非常有趣的事,带给我巨大的满足感。”回国前几年,整天泡在实验室里是他的常态,每天待十几个小时不在话下,后来就适当缩短了些,家里多了个小豆丁,“实验室达人”也在摩拳擦掌,努力做个好爸爸。

物理学系2016级博士生邓雨君是张远波的得意弟子之一。在邓雨君看来,是导师张远波带她进入了奇妙的二维世界,并通过设置难度不低的“关卡”项目,让她不断磨练、积蓄力量,扎扎实实地继续自己的“二维世界奇遇记”。

“导师和学生应当共同奋斗、一同进步。”张远波认为,导师要做的是及时发现学生的问题,有针对性地进行疏导,帮助学生扬长避短。

为了培养学生的独立自主性,张远波要求他们每人主持一个项目,选题须得高而精、针对某个领域的重大问题,论文严禁“灌水”,实验数据必须具有精确性和重复性。课题组的组会每周要进行两次,每次持续一整天。会上,学生们分享项目进展,从困惑和失败中找到突破口。“即使完全负面的实验结果,老师也教会我们如何从中分析出有用的信息。”物理学系2017级博士生田宁说,“这总能带给我们希望。”

物理学系2018级博士生王虹雅,依然记得疫情期间的一次线上组会。当时,她的研究遭遇瓶颈,张远波帮她复盘分析,一直到凌晨一点。这对课题组的学生们而言是习以为常的事,“任何人有问题时都能找到老师,无论早晚。”

“多尝试,勤探索,求新求变,紧跟时代前沿。”张远波常对学生说,“我们要做的是在科技领域‘开疆拓土’。”

新民晚报记者 张炯强 通讯员 张晋川 何叶

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