從“科研小白”到“學(xué)術(shù)牛人”
——記第八屆中國(guó)青少年科技創(chuàng)新獎(jiǎng)獲得者、清華大學(xué)物理系博士生張金松
來(lái)源：中國(guó)教育報(bào) 2013-9-18 高毅哲
在大學(xué)物理專(zhuān)業(yè)的課堂上坐了一段時(shí)間后，張金松開(kāi)始有點(diǎn)后悔。
那是2004年，19歲的張金松正在清華大學(xué)物理學(xué)專(zhuān)業(yè)就讀。他的動(dòng)搖來(lái)自于物理專(zhuān)業(yè)的就業(yè)前景。家在天津農(nóng)村的張金松，父母務(wù)農(nóng)，家里還有兩個(gè)姐姐，生活并不富裕，他急于減輕家庭負(fù)擔(dān)。然而，與多數(shù)基礎(chǔ)科學(xué)專(zhuān)業(yè)一樣，物理專(zhuān)業(yè)畢業(yè)后很難找到一份報(bào)酬豐厚的工作。
那時(shí)的張金松還想不到，8年后，他所在的科研團(tuán)隊(duì)在世界上首次發(fā)現(xiàn)量子反?；魻栃?yīng)，著名物理學(xué)家楊振寧評(píng)價(jià)其為“諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)級(jí)別的成就”。而他個(gè)人，則從對(duì)科學(xué)研究一無(wú)所知的“科研小白”，到榮獲第八屆中國(guó)青少年科技創(chuàng)新獎(jiǎng)，成為同學(xué)們眼中的“學(xué)術(shù)牛人”。
兩次不服氣，走上科研道路
在朋友眼中，張金松是個(gè)幽默的人。即便已在物理學(xué)領(lǐng)域嶄露頭角，他依然對(duì)自己的專(zhuān)業(yè)幽了一默：“當(dāng)初選物理，那是‘誤上賊船，想下就難’了，只能硬著頭皮走到底。”
考大學(xué)時(shí)選擇物理，是因?yàn)楦咧袝r(shí)物理成績(jī)不錯(cuò)，而對(duì)大學(xué)物理要學(xué)什么、研究什么，張金松一無(wú)所知。上了一段時(shí)間的課，加上和同學(xué)們的交流，他才漸漸發(fā)現(xiàn)“這個(gè)專(zhuān)業(yè)并不教授專(zhuān)門(mén)的職業(yè)技能，將來(lái)要么轉(zhuǎn)學(xué)其他方向，要么在科學(xué)研究上一直走下去”。
不斷有師兄師姐的故事傳到他們耳朵里：誰(shuí)換到了哪個(gè)專(zhuān)業(yè)，畢業(yè)去了哪家公司，待遇優(yōu)厚。對(duì)這些年輕人來(lái)說(shuō)，當(dāng)很多現(xiàn)實(shí)問(wèn)題擺在眼前時(shí)，很少有人能避免內(nèi)心的波動(dòng)。
張金松也不例外。大三的暑假小學(xué)期，有意在讀研時(shí)換專(zhuān)業(yè)的張金松報(bào)名參加了自動(dòng)化專(zhuān)業(yè)的一個(gè)實(shí)習(xí)項(xiàng)目。自動(dòng)化是清華的王牌專(zhuān)業(yè)，就業(yè)一直強(qiáng)勁。然而在實(shí)習(xí)臨近結(jié)束時(shí)，張金松發(fā)現(xiàn)，指導(dǎo)教師連自己的名字都沒(méi)記住。
失落感讓張金松意識(shí)到，自己對(duì)物理的感情“還是很深的”。大學(xué)三年下來(lái)，張金松成績(jī)一直名列前茅，順利獲得直博資格。就這么換專(zhuān)業(yè)？張金松第一次有了不服氣的念頭：“物理學(xué)了那么多年，就那么放棄，對(duì)得起自己?jiǎn)幔?rdquo;
張金松選擇了物理系的年輕教授王亞愚作為導(dǎo)師。之所以選擇王亞愚，是因?yàn)閺埥鹚捎X(jué)得如果想在科研上做出點(diǎn)成績(jī)，跟著剛剛回國(guó)的年輕導(dǎo)師“很有希望”。在美國(guó)期間，由于在高溫超導(dǎo)領(lǐng)域的杰出工作，王亞愚曾被授予凝聚態(tài)物理青年物理學(xué)家的最高獎(jiǎng)項(xiàng)。
直博二年級(jí)時(shí)，張金松到美國(guó)布魯克海文國(guó)家實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行了為期一年的交流學(xué)習(xí)。然而，美國(guó)導(dǎo)師對(duì)張金松并不重視，只是安排他做一些打雜之事。長(zhǎng)時(shí)間的“悠閑”，讓一心想搞科研的張金松憋得發(fā)慌，美國(guó)導(dǎo)師的輕視，又一次激發(fā)了他心中的不服氣：“回國(guó)之后，一定要在科研上搞點(diǎn)名堂出來(lái)！”
2010年秋天，急于回國(guó)參加科研項(xiàng)目的張金松，終于熬到了交流期滿(mǎn)。那時(shí)，薛其坤院士領(lǐng)銜的研究團(tuán)隊(duì)已經(jīng)投入量子反常霍爾效應(yīng)的實(shí)驗(yàn)研究，王亞愚在其中擔(dān)任重要的輸運(yùn)測(cè)量工作。張金松沒(méi)有休整，立刻加入團(tuán)隊(duì)，終于踏上了自己的科研之路。
突發(fā)奇想，效率提高7倍
1879年，美國(guó)物理學(xué)家霍爾發(fā)現(xiàn)了霍爾效應(yīng)和反?；魻栃?yīng)。隨著量子物理的發(fā)展，在實(shí)驗(yàn)中觀(guān)測(cè)到量子反?；魻栃?yīng)成為全世界科學(xué)家夢(mèng)寐以求的目標(biāo)。這一次，張金松將和團(tuán)隊(duì)成員一起，向其發(fā)起沖擊。
按照分工，張金松承擔(dān)了對(duì)實(shí)驗(yàn)材料的輸運(yùn)性質(zhì)進(jìn)行精密測(cè)量的工作，這對(duì)動(dòng)手能力強(qiáng)的張金松來(lái)說(shuō)可謂正中下懷。
小時(shí)候，張金松常去捕魚(yú)、抓螞蚱?？吹絼e人有好用的工具，他就想方設(shè)法找來(lái)材料照著做，往往還能加以改良。讀本科時(shí)，在電子實(shí)習(xí)與金工實(shí)習(xí)中，他始終名列前茅。
這種能力很快在實(shí)驗(yàn)中得以發(fā)揮。按照流程，在測(cè)量之前，樣品要先進(jìn)行復(fù)雜的電極鍍膜，為了省錢(qián)，項(xiàng)目組總要攢夠七八個(gè)樣品再去鍍膜，而每個(gè)樣品的平均測(cè)量周期都要兩天左右。兩個(gè)月后，張金松受不了了：“這也太慢了！”
張金松想到曾經(jīng)有人用金屬銦做電極，決定嘗試一下。他把一整塊銦像切土豆一樣，先切條再切塊，最后切成只有圓珠筆尖大小的微粒。一番搗鼓之后，張金松終于成功了。實(shí)驗(yàn)室的測(cè)量效率為之大幅提高，從以前的每周發(fā)送一次測(cè)量數(shù)據(jù)變?yōu)榱嗣刻於寄馨l(fā)送一次測(cè)量數(shù)據(jù)。張金松說(shuō)：“我是一個(gè)非常務(wù)實(shí)的人，覺(jué)得樣品加工得再漂亮，不夠快也是不好的。如果按照以前的效率，我們肯定不會(huì)這么快得出最后的成果。”
測(cè)量中，張金松表現(xiàn)出的認(rèn)真負(fù)責(zé)尤為同伴佩服。那時(shí)，他經(jīng)常貼在顯微鏡前，用牙簽把6粒銦粒準(zhǔn)確嵌到只有幾平方毫米大小的材料上。每每這時(shí)，張金松就屏住呼吸，“呼吸動(dòng)作一大，氣流就把材料吹跑了。”
那兩年，張金松每天從早上九點(diǎn)干到晚上九十點(diǎn)，工作時(shí)間12小時(shí)以上，周末更是因?yàn)?ldquo;比較清靜”，是做實(shí)驗(yàn)的最佳時(shí)間。張金松后來(lái)統(tǒng)計(jì)，他在整個(gè)項(xiàng)目上花費(fèi)了至少1萬(wàn)個(gè)小時(shí)。
在團(tuán)隊(duì)成員的共同努力下，歷經(jīng)4年，2012年10月15日，量子反常霍爾效應(yīng)的表現(xiàn)數(shù)據(jù)終于出現(xiàn)在儀器上。2013年3月15日，相關(guān)論文在美國(guó)《科學(xué)》雜志在線(xiàn)發(fā)表，張金松為4名共同第一作者之一。4月10日，楊振寧評(píng)價(jià)：“這是第一次從中國(guó)實(shí)驗(yàn)室里發(fā)表的諾貝爾獎(jiǎng)級(jí)的物理學(xué)論文。”
學(xué)會(huì)面對(duì)失敗
論文發(fā)表之后，各類(lèi)榮譽(yù)接連而至。然而在張金松看來(lái)，最大的收獲是他終于走出了對(duì)科研的迷茫，面對(duì)以后的科研道路，開(kāi)始有了沉穩(wěn)的心態(tài)。
包括物理在內(nèi)的基礎(chǔ)科學(xué)研究，往往無(wú)法預(yù)期是否能獲得科研成果。“那時(shí)的迷茫，主要來(lái)自對(duì)未來(lái)的不確定。你并不知道花費(fèi)那么多時(shí)間，最后能不能得到想要的結(jié)果。”張金松說(shuō)。實(shí)驗(yàn)中，曾有長(zhǎng)達(dá)7個(gè)月的時(shí)間，大家每天制作材料、進(jìn)行測(cè)量，一天就完成一個(gè)循環(huán)。然而，材料一個(gè)個(gè)淘汰，實(shí)驗(yàn)卻沒(méi)有取得任何進(jìn)展。
所有能想到的問(wèn)題都已想到，所有能?chē)L試的方法都已嘗試，幾乎所有的學(xué)生都覺(jué)得不可能再干下去了。張金松說(shuō)，那時(shí)大家甚至開(kāi)始懷疑，量子反?；魻栃?yīng)是否真的可以被實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)？
關(guān)鍵時(shí)刻，團(tuán)隊(duì)帶頭人薛其坤院士告訴大家：“我們現(xiàn)在從事的實(shí)驗(yàn)工作是非常重要的，你們有可能發(fā)現(xiàn)從沒(méi)有人看到過(guò)的東西。要是看到了，這一輩子都值了；要是看不到，你們也能從中歷練、成長(zhǎng)。”
隨后不久，因?yàn)橐幻麍F(tuán)隊(duì)成員的偶然對(duì)比試驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)樣品表面在不覆蓋任何保護(hù)層時(shí)，量子反?；魻栃?yīng)變得更加明顯。從此，實(shí)驗(yàn)取得重大突破。這段經(jīng)歷，讓張金松獲益匪淺。今年8月22日，站在中國(guó)青少年科技創(chuàng)新獎(jiǎng)的發(fā)言臺(tái)上，張金松感言：“做科學(xué)研究必須持之以恒，學(xué)會(huì)面對(duì)失敗，不輕言放棄！”
現(xiàn)在，在張金松眼里，科研如挖礦。“你一直朝著巨大的寶藏挖掘，最后你可能沒(méi)有挖到它，但這一路上，你可能收獲了很多精美的小石頭，這就是科研的魅力。”張金松說(shuō)。
他已經(jīng)擁有了自己的“小石頭”。就在量子反?；魻栃?yīng)論文發(fā)表的3月，張金松的另一篇論文也在《科學(xué)》雜志發(fā)表。這篇論文的源起，正是他在研究量子反常霍爾效應(yīng)的實(shí)驗(yàn)中，發(fā)現(xiàn)的另外一個(gè)重要的科學(xué)現(xiàn)象。
“剛開(kāi)始做科研的時(shí)候，導(dǎo)師讓我干什么，我就干什么。現(xiàn)在，我們更傾向于主動(dòng)提出想法，主動(dòng)開(kāi)拓思路，共同解決科研問(wèn)題。從被動(dòng)科研轉(zhuǎn)變成主動(dòng)科研，是我人生中的重要一步。”張金松笑著說(shuō)。
即將博士畢業(yè)的張金松，已經(jīng)聯(lián)系好了下一站——美國(guó)斯坦福大學(xué)。他將在那里度過(guò)兩年博士后的時(shí)光。“在一個(gè)項(xiàng)目上取得成績(jī)，還有些運(yùn)氣因素。但如果在更多項(xiàng)目上都取得成績(jī)，那就真正說(shuō)明了你的能力。這就是我在斯坦福大學(xué)的目標(biāo)。”張金松說(shuō)。
