——記國家自然科學基金創新研究群體項目“複雜表面與界面體系的新物理”

從左至右：張遠波、金曉峰、封東來、龔新高、李世燕、張童。

■記者 張雙虎

“複雜表面與界面體系的新物理”創新研究群體項目成員将自己喻為“象群”。

“人們常用‘狼群’比喻群體的高效協作，但狼經常會相互争搶。我們6個人（創新群體6個核心成員）之間關系非常融洽，大家相互學習、相互成就，在分配資源方面甚至有點謙讓。”該創新群體項目負責人封東來告訴《中國科學報》，“從這個角度說，我們更像是最近大家關注的雲南‘象群’，每個個體足夠獨立，又能融洽地密切合作，對群内‘幼象’（年輕人）呵護有加。”

過去6年中，該群體在表面與界面的新奇超導電性、二維晶體、低維拓撲材料等方向上密切合作，取得了一系列有國際影響力的創新性成果，形成了一個具有國際競争力的不斷産出原創成果的研究群體。

“圍攻”表面與界面

“我們6個課題組之間‘三三、兩兩合作’特别多。”封東來說，“張遠波是二維材料研究領域的專家，李世燕是極低溫輸運的專家，張童是掃描隧道顯微鏡（STM）的專家，龔新高擅長計算，金曉峰是磁學和金屬薄膜生長的專家，而我一直在用角分辨光電子能譜（ARPES）和氧化物分子束外延研究低維量子材料，我們從不同的角度‘圍攻’各種表面與界面中的有趣現象。”

該群體6個課題組圍繞同一目标，從不同角度“進軍”。項目執行中，6個課題組之間多次相互交叉合作，形成了複雜的“網狀交叉”結構。

以黑磷為例，張遠波和中國科學技術大學教授陳仙輝合作，首次制備出二維黑磷晶體管，開辟了二維黑磷研究新方向，并觀察到整數量子霍爾效應等新奇特性；封東來課題組對黑磷電子結構的測量，則為張遠波理解半導體能帶結構提供了重要依據。

FeSe/STO是中國科學院院士薛其坤課題組發現的一類具有最高超導電子配對溫度的界面超導體系，引起學界廣泛關注。張童、封東來、龔新高等合作，像搭積木一樣，改變超導界面的不同構成，實現對界面的單原子層精度調控，再進行高精度的ARPES和STM測量與第一性原理計算，揭示了界面電荷轉移與界面電聲子耦合共同作用提升超導電子配對溫度的機制，為設計新的超導體系打下基礎。

“類似的合作很多。”群體核心成員之一、複旦大學教授張遠波說，“大家有共同的興趣，有互補的實驗技術，又有共同的想法，協作成為自然而然的事情。”

沒有邊界的實驗室

“得益于複旦大學物理學系良好的學術氛圍，群體之間能夠毫無保留地互相學習、互相幫助，在凝聚态物理這個學科領域不停碰撞出新成果。”封東來說。

在Bi/Ni界面超導研究中，金曉峰做了很多實驗，認為這是個p波超導（一個特殊的三重态超導）。但張童的實驗發現，它更像是個s波（即常規的單态超導）。

為此，從小組間讨論到請外部專家一起分析，大家斷斷續續“吵”了好幾年。大家基于自己的研究和實驗，迄今仍然“誰也說服不了誰”。

“這個問題比較複雜，至今仍懸而未決。”封東來說，“金老師曾是物理系主任，可以說是張童的長輩，但該‘吵’的時候還是‘吵’，沒有人覺得被冒犯，反而因為有人關心相同的科學問題而惺惺相惜。”

各課題組之間的交流和學習是家常便飯。

封東來課題組進行氧化物分子束外延生長，有臭氧退火技術，張遠波課題組在做銅氧化物高溫超導材料研究時，向封東來組學習了臭氧退火處理技術，成功實現了最薄的高溫超導材料；張遠波和陳仙輝合作開發出固體離子門電極調控材料技術，李世燕通過和他們合作掌握了這項技術，把它用到鐵基超導材料研究中，發現了一種分立的超導相圖；李世燕是用稀釋制冷機進行低溫熱輸運測量的專家，他的經驗幫助張童建成目前電子溫度最低的稀釋制冷STM，為張童對馬約拉納零能模的研究打下基礎；而張童幫助封東來在分子束外延系統上加裝了STM，這樣就可以直接原位觀察生長出的薄膜表面質量，極大促進了FeSe/STO界面超導研究進程。

“這樣我們就形成了一個閉環，每個人都無私地公開自己的‘絕活’，經過群體6年的合作，所有課題組都更強大了。”封東來說。

不隻群體裡6個學術帶頭人受益良多，他們的不少學生——這些“幼象”們，也“至少掌握了兩門手藝”。

“老師們都很忙，不能天天在一塊兒讨論，但各個實驗室學生間的交流非常多。我的學生經常跑到東來實驗室，跟他們讨論、用他們的設備、學他們的技術。”張遠波說，“我也經常看到其他群體成員的學生過來用我們的儀器、和我們讨論。”

“通常學生進其他老師的實驗室，至少要經過老師的同意。因為我們都在一個群體中，老師和同學接觸較多，學生們互串實驗室不需要跟老師打招呼。實驗室變得沒有邊界，大家自由出入、免費使用。”該群體核心成員之一、複旦大學教授李世燕說。

“我們的學生互相熟悉，接觸面也特别廣，不少學生得到兩三個組的培養，甚至成為兩個導師的‘學術後代’。”封東來說，“這對他們未來進行交叉創新、開展自己的研究非常有幫助。”

不是一個人在“戰鬥”

封東來用“安全感”來描述對國家自然科學基金的感受。

“科學基金評審過程公平公正，絕大部分評審專家都很專業，工作人員為人也很‘端方’，讓我們感到很踏實。”封東來說，基金是一個很好的黏合劑，把大家凝聚在一起。作為連續6年資助的人才類項目，創新群體項目不看重短期效益，能夠通過對某個方向的長期培養以及群體的協同作用，解決一些前沿的重要問題。

“我研究的每個重要節點背後都有科學基金的支持。”張遠波說，“剛回國就得到一個重點項目，我們實驗室也是在此基礎上搭起來的，後來做出第一批成果，包括黑磷材料的成果都有基金的支持。可以說基金是‘雪中送炭’。”

李世燕認為，通過科學基金的這些項目，和其他人、其他團隊有了很好的合作，最後一起做出成績，這讓人感覺“不是一個人在單打獨鬥”。

張童作為群體中的年輕人，得到群體其他成員的長期關照。他表示，科學基金的持續支持和與群體成員間高效的合作，極大促進了自身成長。

“我參加了複旦物理系兩代人作為負責人的群體項目，深感群體項目對從事基礎研究的科研人員極為重要。”該群體核心成員之一、中國科學院院士龔新高說，“通過群體項目，張遠波、李世燕等已經成長為經驗豐富的教授，希望他們能在科學基金的支持下，做出更好的成績。”

在自然界中，象群分工明确，合作默契，它們不僅有強烈的集體意識，還能妥善地保護幼象。與之相似，科學基金的支持把一群有共同興趣的研究者“黏合”成一個群體，他們同心協力、共同成長，在凝聚态物理領域不斷産出前沿成果。

《中國科學報》：複雜表面與界面體系的新物理研究，有哪些重要科學意義或應用場景？

封東來：我們主要關注表面、界面等體系裡新的物理現象，進行凝聚态物理基礎理論和實驗研究。科學家更關心的是這個體系裡有趣的物理現象，這些現象和材料可能在遙遠的未來，在信息、能源等領域有重要應用。

就像在海邊撿貝殼，我們選了一片沙灘，或許這裡有較多的貝殼。比如，量子計算的優越性未來可能會在材料設計等領域帶來深刻變革，量子計算有多條可能的實現路徑，而基于馬約拉納零能模的拓撲量子計算是其中很有希望的一條。同樣，黑磷材料具有特殊的半導體性質，将來可以在化學、材料、能源領域有很好的應用。但目前這些都還處在基礎研究階段。

《中國科學報》：在凝聚态物理領域，這支隊伍目前處于怎樣的水平？

封東來：項目執行中，我們取得了一系列有國際影響力的成果，其間發表文章130餘篇，其中多篇發表于《自然》《科學》《物理評論快報》等。這支隊伍在國際上也有了一席之地，多位成員在國際上的委員會、學會、期刊擔任主席、會士、委員或編輯。

《中國科學報》：聽說群體項目經費會向年輕人傾斜，這是什麼原因？

封東來：我們有一套“自己的邏輯”，就是公共性質的經費一定要讓年輕人“吃飽”。

三四十歲是一個人創新能力、創造激情的“黃金時期”，要确保這個年齡段的人不會因為經費而限制了創造力。在我們群體裡，隻要年輕人開口都盡量滿足。在項目中，不隻6個學術帶頭人在成長，我們還培養了46名博士，其中不乏超級博士後、複旦學術之星、國家“博新計劃”獲得者。

來源： 《中國科學報》

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