作者:韩扬眉 来源:科学网微信公众号 发布时间:2023/9/7 20:27:19
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曾被拒稿,中国学者论文引发研究热潮!

 

6年前博士毕业时,陈辉因缺“大文章”差点放弃科研;但他挺了过来,随后就迎来大爆发,他的成果2次登上Science、1次登上Nature。前不久,他还受邀成为Nature评述文章撰写人。
那是一封让中国科学院物理研究所副研究员陈辉颇感意外的邮件。写信人是Nature杂志编辑,邀请他和中国科学院院士、中国科学院物理研究所研究员高鸿钧为4篇刚接收的Nature文章撰写评述文章。
最新接收的4篇Nature论文共同聚焦超导领域最为前沿、竞争最为激烈的方向之一——配对密度波研究,高鸿钧团队在该领域中处于领先地位。日前,陈辉和高鸿钧撰写的评述文章《广泛关注的配对密度波引发超导研究热潮》,在Nature的News & Views栏目刊发。
“不断尝试、不断试错,才可能会有不经意间的发现。”这是陈辉的科研态度。看似“笨拙”的执着,却帮助他走得更远。
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陈辉和高鸿钧撰写的评述文章
3位审稿人的“拒绝”
尽管在Nature、Science发表过几篇论文,但陈辉没想到能成为Nature的审稿人和评述撰稿人。这源于2021年,陈辉作为第一作者、高鸿钧作为通讯作者,在Nature上发表的一项突破性研究成果。他们首次在新型层状笼目结构超导体CsV3Sb5中观测到了旋子配对密度波,突破了只有在强关联的铜基高温超导体中存在配对密度波的限制,为进一步接近高温超导机理提供了新路径。
“引领”的背后,他们曾一波三折。
2020年,在做实验的间隙,陈辉打开预印本网站,查看最新研究在关注哪些前沿问题。他在一篇后来发表在《物理评论快报》上的论文中看到了一种新制备的超导材料,其晶体结构非常有意思,是六角星,这在物理学上被称作“笼目结构”。
这种新型材料引发了陈辉和高鸿钧的关注。于是,他们马上与组里有着丰富的材料制备经验的杨海涛研究员合作。不到一个月,杨海涛便指导学生做好了高质量的新型层状笼目超导体材料。
一开始,陈辉和高鸿钧的目标并不是找配对密度波,而是想深入探究该材料有怎样特殊的超导态。2021年整个春节,在高鸿钧的指导下,陈辉和团队成员24小时轮班做实验。一天,他们突然发现了一串不同以往的信号,原本在空间上应该平行均匀分布的周期直线条纹,在很小的能量窗口出现了振荡,变成了周期波形条纹。
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团队与长期合作者、美国波士顿学院教授汪自强交流后发现,他们可能观测到了配对密度波的证据,且是在铜基超导体以外的非常规超导体系中。如果能够证实,将是首次发现这一现象。
这个结果,让团队感到惊喜。当年3月,他们把论文投给了Nature。然而,一个月后却收到了“拒信”,而且是3位审稿人一致给出的负面意见。
“审稿人不相信我们能做出来。那时候,全世界顶尖的研究组都在寻找配对密度波,但很难得到关键性证据,他们认为我们的数据质量不高,很难让他们信服。”陈辉告诉《中国科学报》。
陈辉很沮丧,找到导师高鸿钧询问下一步怎么办?他们再次仔细读了审稿人的意见后,看到了一丝希望,“虽然态度是负面的,但总体认为我们的结果是非常创新与非常重要的,还给了很多很有帮助的建议”。高鸿钧和陈辉决定再试一次,采集高质量的数据。
他们向Nature编辑“申诉”,并很快得到了同意。接下来的两个月里,陈辉和团队成员进入了“战斗状态”。
团队成员一天到晚“泡”在实验室。因为竞争非常激烈,国际上几个最顶尖的研究组在做着类似的研究,关于新型层状笼目超导体材料的论文几乎一天一篇甚至几篇出现在预印本网站上。
提高数据质量的关键在于“精度”。配对密度波的“信号”隐藏在许多原子之间,就像暗藏在一堆厚厚落叶下的宝藏,必须把所有落叶扫开,得到大尺度的空间测量范围,才能清晰看到“信号”。
移开一个原子简单,可移开成千上万个原子就难了。陈辉和团队成员尝试着各种各样的方法。在前一个月里,他们进展都不顺利。
“很有挫败感。”陈辉坦承。一次在外地出差的深夜,通宵将近8小时的他似乎看到了希望,但实验出现意外,需要重新开始,瞄了眼时间,已经早上6点多了。
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团队成员,陈辉(左一)、高鸿钧(右一)

不断试错,最终突破关键实验技术

关键的转折点终于出现了,陈辉找到了一把“电动扫帚”。它就是团队自主设计组装的、位居国际顶尖水平的极低温强磁场扫描隧道显微镜/谱(STM/S)。

有一天晚上,陈辉在实验室“扫”了一天“树叶”。准备回家前,他再一次调试了软件运行模式,让电脑自动“扫”。第二天,他意外发现,STM居然慢慢地把“树叶”向一边扫去。陈辉知道,这次调试,可能找到了一种高效率的试错方法。
随后,高鸿钧指导陈辉和团队成员,研究和拓展这种模式,几天时间里便扫出了大面积的干净区域,配对密度波的“信号”清晰地浮现在眼前。
2021年6月,他们再次向Nature投稿。毫无疑问,Nature接收了,且采取“加快发表”的形式。
配对密度波是一种特殊的超导状态。过去的研究表明,理论上预言,配对密度波可以在电子关联很强的非常规超导体中出现;但实验上,经过20多年努力,只在强关联的铜基高温超导体中寻找到了配对密度波存在的证据。
科学家一直无法确定,配对密度波只在特定材料中存在,还是在超导材料中普遍存在?实验上能否在铜基超导体以外的超导体系中发现配对密度波?
陈辉他们的研究,不仅首次在原子尺度揭示了非常规笼目超导态的独特性质,也是实验上首次在铜基超导体以外的超导体系发现非常规配对密度波。
也就是说,配对密度波的存在并不特殊。而如今国际众多学者的跟进研究,使该领域的前沿探索者们分别在3个不同的非常规超导材料体系中均观测到了配对密度波,进一步验证了配对密度波几乎在不同的非常规超导体系中普遍存在。
陈辉总结,不断尝试、不断试错,才可能会有不经意间的发现。“往往新奇的物理现象一直都在,但有时它们会跟我们‘捉迷藏’,在不断尝试的过程中,就有机会发现它们的线索,然后心思缜密地一步步挖掘出来。”
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团队成员,陈辉(右一)、高鸿钧(右二)

一度想放弃科研,坚持终获硕果

一位国际同行看了该研究后,不禁感叹:“这么高质量的扫描隧道显微镜研究工作,不像是来自国内学者的工作。”
“国外同行对国内学者的印象还停留在10年前。事实上,国内学者在一些领域的研究水平已经可以比肩国际了。”陈辉说。
的确,陈辉所在的科研团队由高鸿钧领衔,在国际超导领域这一波研究配对密度波的浪潮中,处于领先和前沿地位。
而陈辉没有长期出国培养的经历,除了博士期间近一年在美国交流经历外,博士和博士后的大部分科研工作都是在国内完成的,完全由本土培养。
“我国的科研实力在逐步增强,尤其在高老师课题组内接受的专业科研训练并不比国外差,甚至要求更高。”陈辉说。
在高鸿钧课题组,要有国际视野,勤奋和效率并存、胆大与心细缺一不可。挑战科学难题的过程犹如上战场拼搏,只有勇猛精进才能攻破艰难险阻,高鸿钧将其称为“优良作风”。
“借助自己的技术与团队优势,在国际竞争制高点中取得突破。”这是高鸿钧对团队成员们的期待。为此,包括陈辉在内的科研人员和学生齐心协作,甘于奉献,几乎没有度过一次完整的周末和节假日。
“实验上胆大心细,不要跟着别人走,细节上严格要求。”陈辉举例,比如,采完数据,与高老师讨论后,一周之内就要做好分析与初稿准备,而别人的一般进度是几个月;在呈现上,图片指示字母的大小,以及图片、文字间的距离等,都有严格要求,展示出来的是严谨、专业且“好看”的科研成果。
“遇到重要的文章,我们投稿前开会时,高老师会要求我们一字一字地读出来,一段一段地讨论,包括每个图示和正文后面的补充材料都是如此。”陈辉说。
事实上,“高产”的背后,陈辉曾差点放弃了科研。
2017年,博士读到第6年,陈辉还没有拿出一篇像样的“大文章”。那时已经成家的他想早点安定下来,差点放弃科研。
恰好,组里新来了一台先进仪器——超低温强磁场扫描隧道显微镜,高鸿钧希望陈辉留下做博后,参与搭建仪器工作。
陈辉纠结过,留下来,可能两年后出不来成果,还是找不到工作,无法安定下来。“但这是个机会,我想再闯一闯,再给自己一次机会。”
他征求了家人的意见,令他感动的是,妻子毫不犹豫地支持了他,“做科研肯定不能像进大公司当高管那样工资高,但她依然坚定地支持我,并做好准备与我共同克服未来的各种困难”。妻子的坚定,让陈辉没有了后顾之忧,可以全身心在科研中拼搏。
博士后的两年里,陈辉的时间几乎全部交给了实验,依旧是反复尝试摸索。直到博士后快出站时,陈辉在博士期间积累的大量数据与严谨细致的分析能力,终于显示出了“威力”。
苦尽甘来。2019年9月,陈辉为第一作者的一项研究成果发表在Science杂志,并迅速“出圈”。他们在国际上首次实现了原子级精准控制、可按需定制的石墨烯折叠,这也是目前世界上尺寸最小的“石墨烯折纸”。2020年初,由物理所高鸿钧、丁洪研究员带领的大团队集体攻关中,他利用超高能量分辨的扫描隧道显微镜为铁基超导体马约拉纳零能模近量子化平台研究贡献了极高质量的实验数据,作为共同第一作者发表在Science杂志上。由于近几年丰硕的成果,中国物理学会2022秋季学术会议上陈辉被中国物理学会授予了“胡刚复物理奖”(实验技术)。
“我很幸运,坚持下来并取得了一定的成果,但与国际同行相比,还有差距和不足。”最近,在中国科学院物理研究所放高温假期间,陈辉参加了在广州举办的国际会议,回来的第二天一早便进入实验室,他和团队成员还有一个更远大的目标。
“现在我们只是观测到配对密度波,下一步,了解它与材料中其他物态的竞争关系等,以期最终帮助我们找到配对密度波的机理,深入了解超导态的本质。”陈辉说。
参考文献:
https://www.nature.com/articles/d41586-023-01996-w
 
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