求索理論物理的前沿領域——記北京師范大學物理學系教授寇謖鵬

本刊記者 高慧娟

在很多人眼里，基礎物理科研教學第一線的工作枯燥而艱難，讓人難以產生興趣，而北京師范大學物理學系教授寇謖鵬卻興趣盎然地躬耕在這一領域，多年的治學研究之路，他一步一個腳印，走得從容，行得坦然，從來沒有停止過前進的征程。因為他深知，科研之路何其修遠，惟有“上下而求索”。

人物篇——興趣使然躬耕物理

1994年7月畢業于南京大學物理系；1999年在中科院物理所獲博士學位；1999年9月至2001年7月在清華大學高等研究中心完成博士后研究工作；2001年起在北京師范大學任教。

這就是寇謖鵬的求學、治學之路：水到渠成、充實而不平庸。早在青少年時期，寇謖鵬就對物理產生了濃厚的興趣，對科研發自心底的熱愛。當時，物理學在國內很有影響力，全國到處都在宣傳像李政道、楊振寧這些獲得諾貝爾獎的華裔物理學家，國內很多優秀學生在大學階段都選擇了攻讀物理，寇謖鵬也是其中之一。但是，他的選擇卻并非跟風的盲目之舉，而是基于發自心底的對物理學科的熱愛，他說，“只有真正的興趣使然，才會深入的、耐得住寂寞的鉆研學問”。

也正是由于興趣使然，寇謖鵬學習刻苦、成績優異，在中國科學院物理研究所攻讀博士學位期間，他被評為中國科學院研究生院優秀研究生，曾獲得中國科學院院長獎學金優秀獎。

1999年，寇謖鵬進入清華大學高等研究中心做博士后研究工作，那里有世界一流大學的研究模式和條件，有寬松自由的學術環境，在那里，寇謖鵬結識了當今華人物理界的眾多精英，采訪中他就反復提及翁征宇、文小剛等人的名字，稱贊他們在物理研究中的杰出成就。和眾多大師級的人物近距離的接觸，也增加了他們之間合作的機會。2004年，寇謖鵬作為北京師范大學物理學科學術帶頭人的培養對象，在“杰出青年學者數學物理研修項目”資助下被派往美國麻省理工學院研修，合作導師就是文小剛教授。

刻苦求索，玉汝于成。多年來，寇謖鵬始終瞄準理論物理的前沿尖端方向做研究，他的研究領域涉及強關聯電子系統、高溫超導理論、介觀物理、量子場論、拓撲序和拓撲量子計算等。至今，他已在強關聯電子系統、高溫超導體機制、拓撲量子態等研究領域中取得了若干創造性的成果，在國際國內重要期刊發表論文60余篇，其中美國物理評論快報 (PRL) 3篇、美國物理評論 (PR) 27篇、歐洲物理快報 (EPL) 3篇。目前主持國家自然科學基金一項,科技部973項目量子調控子項目兩項，主持博士點基金（博導類）一項，國內、國際學術會議邀請報告近二十余次。并擔任美國物理評論快報、美國物理評論、中國科學、中國物理、理論物理通訊、物理學報、物理學前沿等國際、國內雜志審稿人。

科研篇——瞄準前沿發展尖端

一心做學問、專注自己有興趣的領域，也使寇謖鵬得到了同行的認可，入選教育部“新世紀優秀人才支持計劃”并獲得第十三屆茅以升北京青年科技獎。以下是他的代表性成果：

在拓撲序的分類及拓撲量子相變研究中，發現了一類二維Z2拓撲數，可以利用這種新的拓撲數對拓撲序、拓撲超導進行分類，另外，還發現Z2拓撲序可以由Mutual-Chern-Simons場論描述，包括拓撲簡并、手征邊緣態等。獲得完整的有效理論可以使得我們很方便的描述拓撲序的低能物理行為。還利用分數量子霍爾態中的hierarchy theory提出了Mutual Chern-Simons Landau-Ginzburg方法，得到了一類拓撲序量子相變的普適性原理。還運用對偶方法得到了基于自旋模型的Z2拓撲序的量子相變的一些嚴格結果，通過引入了閉弦算符描述該相變，發現這類量子相變開弦和閉弦的對偶關系。

在拓撲量子計算中，提出了一種新的拓撲量子計算方案，通過控制拓撲序基態的量子隧道效應進行拓撲量子計算，解決了如何控制拓撲序基態的難題。為此系統化的研究了拓撲序的量子隧道效應，在此基礎上進一步提出更適合進行拓撲量子計算的表面碼的拓撲量子計算方案，該工作被多個虛擬網絡雜志多次選錄。

在相互作用電子系統中的新奇量子態領域，系統化的研究了一類關聯費米系統：Nodal絕緣體。這是在六角格子或π-磁通格子中的相互作用電子系統。發現在金屬絕緣體轉變附近可能存在一種新的物態：nodal自旋液體，一種具有自旋旋轉對稱性、又有空間平移對稱性的非磁絕緣體。發現其中的拓撲元激發是無質量的費米激發，存在電荷自旋分離現象。相關工作作為“Review article”被邀請寫入Nova Science Publishers 的新書“Insulators: Types,Properties and Uses”。另外，基于關聯拓撲絕緣體，從理論上預言了可能存在的三種新奇量子態：手征自旋液體、拓撲自旋密度波、復合自旋液體。其中，復合自旋液體態不同于已知的所有自旋液體，其元激發為電子和skyrmion拓撲激發的復合體，沒有自旋電荷分離。

在高溫超導體的拓撲理論領域，從高溫超導體的微觀模型出發，得到了一個有效場論模型。利用隨機重整化群技術研究了高溫超導體絕緣體—超導轉變的物理機制，發現該轉變的物理本質是一個量子臨界點，在該量子臨界點發生對偶禁閉退禁閉轉變。并在此基礎上解釋了高溫超導體中條紋相不穩定性的起源。另外，從低能有效場論出發，預言在贗能隙區，在外加電磁場的情況下，高溫超導體存在守恒的無耗散自旋流。

樹人篇——用心育人凝練隊伍

人才培養方面，寇謖鵬每年講授本科生基礎課“電磁學”將前沿知識融入教學中，取得了很好的教學效果，同時指導了十多個本科畢業論文和兩個本科生校級科研基金項目。另外參與教學改革：主持校級精品課“電磁學”，還參與北京市精品課“固體物理”和北師大“電磁學網絡課程”的建設。因此，他于2006年獲得北京師范大學勵耘獎優秀青年教師獎二等獎，2007年獲得北京市教育創新標兵。

大學教育是高層次的教育，寇謖鵬講課不僅重視系統性、清晰性和層次性，更重要的是在教學中獨具匠心，采用“滲透現代物理前沿”的教學模式，創新人才培養模式。滲透現代前沿的教學模式關鍵在于采取理論學習和科研相結合的方式，使學生進行“有目的”的學習。面對一年級的本科生他大膽介紹物理專業國內外發展的最新動態，讓學生不僅了解物理的過去、現在而且可以暢想未來。通過生動的多媒體課件直觀地介紹，充分發揮老師的主導作用和學生的主動性。他認為物理教學應開闊而非僵化學生的思維?，F代物理的思想與方法滲透于日常教學中，讓學生盡可能多地接觸學科前沿，開闊學生視野，激發學生興趣，并啟發他們學會如何“發現”物理問題，分析問題，討論解決問題，有利于激發創造性。

實踐證明滲透前沿物理教育在大學物理教學中具有重要意義。他的課程建議思想活躍的同學可以撰寫小論文，每學期都有大部分本科生交小論文，根據情況計算平時成績。由于對物理學濃厚的興趣，部分大三、大四的學生也經常參加他課題組每周的小組討論會。

寇謖鵬也很重視演示實驗，學生對實驗現象的好奇會更加激發學習興趣，更加喜歡物理。做自己喜歡的事，就會產生靈感。寇謖鵬講課也很注意和學生課堂互動，他的課程受到廣大學生的歡迎和好評！