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静心探索重要的基础科学问题不求“短平快”70后物理学家翁红明******

　　翁红明在讲解电子运输理论。

　　田春璐摄

　　人物简介：

　　翁红明，1977年出生，现为中国科学院物理研究所凝聚态理论与材料计算实验室研究员、博士生导师。主要致力于凝聚态物理计算方法和程序的开发以及新奇量子现象的计算研究，成果入选2015年度中国科学十大进展、英国物理学会《物理世界》2015年度十大突破、美国物理学会《物理评论》系列期刊创刊125周年纪念文集等。

　　在中科院物理研究所（以下简称“物理所”）的年轻人里，研究员翁红明是小有名气的一位。就在刚刚过去的2022年，他因在数学物理学领域的杰出贡献，获得第四届“科学探索奖”。

　　在国际计算凝聚态物理研究领域，翁红明成果颇丰。其中最为人称道的，是他和同事们合作首次在固体中观测到外尔费米子和三重简并费米子的准粒子。这是国际上物理学研究的重要科学突破，对拓扑电子学和量子计算机等颠覆性技术的诞生具有非常重要的意义。

　　自由思考、厚积薄发，真正对人类文明有所贡献

　　1928年，英国物理学家保罗·狄拉克提出了描述相对论电子态的狄拉克方程。1929年，德国科学家赫尔曼·外尔指出，当质量为零时，狄拉克方程描述的是一对重叠的具有相反手性的新粒子，即外尔费米子。这种神奇的粒子带有电荷，却不具有质量，因而具有确定的手性（指一个物体不能与其镜像相重合，如我们的双手，左手与右手互成镜像，但不能重合）。

　　但是80多年过去了，科学家们一直没有能够在实验中观测到外尔费米子。直到2015年1月初，中科院物理所方忠研究员带领的研究组与普林斯顿大学研究小组合作，从理论上预言了在以砷化钽为代表的一批材料中存在着外尔费米子。此后，这个理论预言经过实验得到了进一步验证。

　　在研究过程中，翁红明发挥了至关重要的作用。他从发表于1965年的一篇实验文献中受到启发，并通过第一性原理计算，初步认定砷化钽晶体等同结构家族材料可能是无需进行调控的、本征的外尔半金属。这类材料能够合成，没有磁性，没有中心对称，是实验制备、检测都非常便捷的绝佳材料。

　　翁红明说：“这一发现的难度在于，从众多材料中找到合适的对象犹如大海捞针，必须对外尔费米子和材料物理特性都有相当认识才行。”

　　在外尔费米子被发现的一年后，翁红明和同事们又进一步“预言”：在一类具有碳化钨晶体结构的材料中存在三重简并的电子态。

　　2017年6月，这个新预言被实验证实，三重简并费米子被首次观测到。这是物理所科研团队继拓扑绝缘体、量子反常霍尔效应、外尔费米子之后，在拓扑物态研究领域取得的又一次重要突破，引起国际物理学界广泛关注。

　　成绩源于多年的深耕积累。翁红明很享受在物理所工作的经历：“这无关荣誉，我找到了更感兴趣、更加深入的研究领域和方向。”

　　自由思考、厚积薄发，一直是翁红明喜欢的学术氛围。他所追求的不是多发表文章，而是能攀登科学高峰，真正对人类文明有所贡献。

　　科研仅靠一个人或一个小组的力量是不够的

　　作为理论物理学家，翁红明专攻量子材料的计算和设计。

　　物理学通常分成两大类，即理论物理和实验物理。理论物理通过理论推导和公式推算得出的结论被称为“预言”，“预言”必须通过实验验证才能成为国际公认的科学事实。

　　在翁红明看来，他接连获得的几次重大发现，都离不开与同事们的通力合作。这，也是他做科研一直特别重视的一点。

　　“理论预言、样品制备和实验观测，这三个环节缺一个都不行。”翁红明说，“在当今科学领域细分程度非常高的情况下，科研仅靠一个人或一个小组的力量是不够的。当有重要任务目标时，我们几个小组紧密合作，在理论、样品、实验等环节实现了环环相扣、无缝对接。”

　　在许多人的想象中，理论物理学家的工作，就是每天独自埋头在稿纸堆里计算推演，然后坐着冥思苦想、灵光乍现。

　　但翁红明认为，计算推演的确要做，思考分析也不可少，但和同行们的交流也非常重要。他每天上班的第一件事就是查看和了解国际上最新的科研进展，然后分析、思考、计算，再把自己的想法跟同事们交流。“很多时候，我的一些想法，或者说突然的一些灵感，其实都是在思考、交流和工作过程当中产生的。”

　　“发现三重简并费米子”这一成果，就源于翁红明和石友国、钱天两位同事一次喝咖啡时的思想碰撞。

　　物理所的咖啡厅在学术界享有盛誉，不但因为咖啡好喝，也因为常有科研人员汇聚在此畅聊科学、各抒己见，聊着聊着，灵感经常“火花四射”。

　　和大家一样，翁红明、石友国和钱天工作之余也喜欢在咖啡厅一聚。翁红明有什么新想法会第一时间告诉他俩；石友国和钱天在实验过程中有什么新发现或疑惑，也会第一时间反馈给翁红明。

　　“闲聊中就能交换信息，我们的交流是完全敞开的，毫无保留地让大家知道彼此做了什么。”翁红明说。

　　翁红明告诉记者，在科研道路上，自己非常珍视的成功秘诀有两个，一个是注意总结和积累，另一个就是跟别人多交流。

　　“目前我努力发展基于大数据和人工智能的凝聚态物质科学研究，其实也是基于这两点考虑，因为所有人的知识积累都体现在这些数据当中。”翁红明说。

　　做研究应该抓住一些更新奇、更本质的问题

　　1977年，翁红明出生在江苏泰兴一户普通人家。他的父母都是农民，家里还有一个姐姐。

　　初中开始，翁红明第一次接触到物理，从此便沉迷其中。“物理让我对周围的世界有了更深入的了解和认识。”翁红明说。

　　兴趣是最好的老师。对物理的热爱，指引着翁红明叩开了物理科学的大门。

　　1996年，翁红明参加高考。在填报志愿时，他毫不犹豫地将所有的志愿都填上了物理。最终，他如愿被南京大学物理系录取。

　　南京大学的物理系在凝聚态物理领域积淀很深。翁红明在这一领域进行相关知识的学习与研究，一学就是9年，直到博士毕业。毕业后，他去了日本的东北大学金属材料研究所做博士后研究，主要研究各种材料的导电性质。

　　到日本一年半后，翁红明萌生了转换研究方向的想法。

　　“我想要转到计算方法和程序的发展上，这是凝聚态物理领域中一个最基础也是最具有核心竞争力的方向。”翁红明说，“如果想要在这个领域有长远发展，就要在这个方向上有一定的积累。”在他看来，静下心来探索重要的基础科学问题，要比做一些“短平快”研究更有意义。

　　想归想，但真正下定决心，翁红明也经过了一番纠结。

　　他坦言：“当转到一个更基础的方向，也意味着你在未来的几年甚至是更长的时间里都需要耐得住坐冷板凳。所以必须做好思想准备，去做一些积累性的工作。”

　　2008年，翁红明的人生又有了一次重大转折。

　　那一年，物理研究所研究员、博士生导师方忠到日本访问交流，翁红明跟他进行了深入的交谈和讨论。

　　翁红明告诉记者：“他跟我介绍了当时做的一项很有意思的工作。虽然我那时并没有很深刻的理解，却受到很大的启发——做研究应该抓住一些更新奇、更本质的问题。”

　　在方忠的影响下，2010年，翁红明决定回到国内，入职物理研究所，成为方忠团队的一名成员。

　　翁红明说：“每个人在一生当中可能会跟很多人交往交谈，但在人生重要转折时刻能够给你启发的却不多。能有这样的机遇去跟方忠老师交流并受到启发，我觉得这是非常宝贵和幸运的。”

　　在新的一年里，翁红明说自己有很多研究工作要做，尤其是如何在拓扑电子学器件研究方面取得突破，促使拓扑电子态理论变成可落地应用的技术。而这，需要跟器件和应用等方向的研究人员进行交流和讨论。

　　翁红明相信，拓扑时代的黎明时分正在临近。（记者 吴月辉）

17.77亿终端用户开启万物互联新阶段******

　　17.77亿户——这是截至2022年10月末三家基础电信企业的蜂窝物联网终端用户数量，比上年末净增3.79亿户。中国信息通信研究院预计，到2030年，我国移动物联网连接数将达到百亿级规模。快速增长的数据背后，是移动物联网相关创新应用的不断涌现。工业互联、智慧农业、远程抄表、智能家居、共享设备……移动物联网与千行百业加速创新融合规模发展，深刻改变着生产和生活方式，赋能行业新应用、激活经济新动能。

　　在福建泉州金鸡水厂，员工沈培坤一天的工作是从早上查看手机开始的。“你看，手机应用显示，现在的出厂水浊度达到了优质级别。”沈培坤一边展示实时数据，一边对记者说，如果设备损坏或者水质异常，通过中控大屏或手机应用就能看到，异常的高温、震动情况还有及时预警。

　　“过去每天不停在设备机房间奔走，一身水一身泥。”沈培坤告诉记者，现在水厂关键设备实现在“云”运转和互通互联，智能传感器结合AI算法，可以进行自动采集数据、远程抄表、远程控阀等多种功能，高效识别设备运行异常情况。“智能化改造前，水厂需要约60名一线工人，现在仅靠两个人在中控室就可实现对全厂众多工艺的管理控制，全厂也只需要4个班组共8个人的一线操作员。”

　　保持高效稳定运行只是第一步。水厂调度中心主任谢晓华介绍，从终端设备采集回来的数据，依靠百度智能云提供的AI用水量预测模型，可以进一步实现节能降耗和用水体验提升。“以水压为例，过去自来水公司只能通过收集客户投诉意见来判断水压设置是否合理，现在可以用数据模型指导工作人员主动调整压力。”

　　不止智慧水务，移动物联网的创新应用遍布各个领域。在重庆市大足区黑山羊国家级保种场，每只黑山羊耳朵都戴着一个“电子身份证”——5G智能电子耳标。通过这个“电子身份证”，数据接入“5G黑山羊智慧养殖平台”，工作人员可以准确掌握分析羊群养殖存栏量、育种繁殖指标、羊群生长状况。在济南，通过智慧燃气管理平台，工作人员可以实时查看管理全市近50万块物联网燃气表，远程抄表、在线充值等让燃气管理使用更便捷。

　　“移动物联网与千行百业加速创新融合，使数据产生价值，赋能经济社会各个领域，促进数字化转型升级。”中国信息通信研究院院长余晓晖介绍，目前窄带物联网已形成水表、气表、烟感、追踪类4个千万级应用，白色家电、路灯、停车、农业等7个百万级应用，电视机机顶盒、垃圾桶、冷链、模具管理等多领域新兴应用。5G在工业互联网、车联网、物流、采矿等领域加快物联网应用场景探索和落地，已覆盖国民经济40个大类。

　　2022年，我国移动物联网迎来全面发展重要节点。工信部数据显示，代表“物”连接的移动物联网终端用户数于2022年8月末首次超出代表“人”连接的移动电话用户数之后，“物超人”这一趋势持续延续。截至10月末，三家基础电信企业发展蜂窝物联网终端用户已达17.77亿户，已超移动电话用户数9482万户。

　　中国工程院院士邬贺铨认为，过去，互联网和移动互联网的发展主要依靠人口红利；如今，物联网应用打开了另一个维度，工业互联网、智慧城市、智慧家居等应用将实现爆发式增长，网络技术发展开启新的里程碑。

　　“移动物联网深度融入经济社会发展各领域多环节的同时，国内企业技术及产品研发能力持续增强，生态体系不断完善。”余晓晖说，我国移动物联网在连接规模和“物超人”比例上远远高于世界主要发达国家，自2015年以来，我国一直是全球移动物联网技术创新的主要贡献者。生态建设方面，我国移动物联网产业规模不断壮大，产业供给能力显著提升，芯片、模组、终端出货量等方面全球领先。

　　余晓晖表示，随着移动物联网的发展基础和产业体系持续优化完善，移动物联网终端用户数将进一步扩大。

　　一方面，我国建成全球最大的移动物联网络，实现高中低速协同组网的良好局面，并加快2G/3G物联网业务向4G/5G迁移。另一方面，持续提升移动物联网网络与芯片、模组、平台及行业应用等全产业水平，促进移动物联网应用产业生态全面发展。中国信息通信研究院预计，到2030年，我国移动物联网连接数将达到百亿级规模。

　　“我国移动物联网将向更广范围、更深程度、更高水平发展方向迈进，从过去的服务人和信息消费，进一步发展到现在的服务千行百业，让‘万物互联’的愿景真正成为现实。”余晓晖说，未来，移动物联网将极大扩展连接的范围与深度，并与感知、边缘计算等技术相结合，推动实现人、机、物的数字化智能化，引领信息通信产业变革的新浪潮，助力数字社会高质量发展，为经济发展增添新动能。（记者郭倩）

　　（文图：赵筱尘 巫邓炎）