張金松：“掘金”量子物理

張金松，清華大學物理系2008 級博士生。所在團隊通過四年的不懈努力，在實驗上首次實現(xiàn)了量子反?；魻栃?，相關成果以共同第一作者身份發(fā)表在《自然》雜志上，被楊振寧先生稱為第一次在中國實驗室里發(fā)表的諾貝爾獎級的物理學論文。曾任物理系研究生會學術(shù)副主席，獲清華大學“學術(shù)新秀”、博士研究生學術(shù)新人獎等榮譽。2013年7月被評為清華大學優(yōu)秀共產(chǎn)黨員。2013年8月榮獲第八屆中國青少年科技創(chuàng)新獎。

坐在清華大學萬人食堂的咖啡廳里，張金松和來這里學習交談的學生們看似差別不大，瘦小的他，一身休閑裝扮，學生氣的金絲眼鏡搭配略顯羞澀，“學術(shù)牛人”就掩蓋在這樣低調(diào)的外在之下，這樣的他一不留神就會淹沒在校園無數(shù)個求學的身影當中。張金松坦言，他險些就成了碌碌人群中的一員，左右命運的，除了那么一點點機遇之外，還有他一直堅守著的一句話——“堅持是一種精神，挑戰(zhàn)是一種信仰?！?/p>

當張金松以第一作者的身份在美國《科學》雜志上發(fā)表了量子反常霍爾效應的實驗成果，被楊振寧稱贊為“中國實驗室里發(fā)表的第一次諾貝爾獎級的物理學論文”、被評為清華大學“學術(shù)新秀”、榮獲第八屆中國青少年科技創(chuàng)新獎時，他剛滿28 歲。

這一次，張金松終于讓楊振寧認識了當初茫茫眾生中，那個悶頭聽他講《普通物理》課的小伙子。

“小直覺”結(jié)緣物理學

“動手”是張金松的強項，也許是來自于木工父親的遺傳，小時候的他像很多男孩子一樣愛“搞破壞”。家里的小物件他都會拆開來，好奇地看看里面到底是什么。他的手很巧，拿張紙，不一會兒就能折出小汽車和小飛機，有時候他也會買些零件，沉浸在自己組裝的快樂當中，這樣的優(yōu)勢一直伴隨他進入到了后來的學習中，本科時期他的學科成績雖然不是班中的佼佼者，但做起物理實驗卻得心應手，他把這稱為對物理的一點“小直覺”。

為什么選擇學物理，張金松似乎從未像現(xiàn)在這樣需要如此頻繁地思考和面對這個問題，但是實際情況就是，2004年考大學報志愿時，小學未畢業(yè)的父母并不能給他任何意見，張金松獨自一人坐在家中，拿著清華大學的招生簡章逐行讀給自己聽，最后選擇了這個自己擅長的學科，懵懂中，他踏入了物理學科的高級殿堂。

9年前的張金松作為一名物理系大一新生，坐在清華六教教室里聽楊振寧先生講《普通物理》時，還在問同學：“楊振寧是誰？”

雖然高考時選擇專業(yè)有點“稀里糊涂”，但在高手如云的清華大學，他卻絲毫不敢松懈。大學四年，所有的周末時間都是在自習室里度過的他，恐怕要讓很多的大學生驚嘆了。

“你不談戀愛嗎？不打游戲嗎？沒有業(yè)余愛好嗎？”面對記者的疑問，他的回答很簡單：“比起這些，我更喜歡學習。”帶著農(nóng)村孩子對家庭的責任感和一絲高中時期優(yōu)等生的小驕傲，張金松不能接受大一第一學期結(jié)束時，班級排名第20的現(xiàn)實。四年，近乎苛刻地自我要求，使他在畢業(yè)時在班級排名前進到了第6 名。

也許成功者從來都是孤獨的，本科四年的自習生涯，他從來都是來去一人，“堅持”如同一種信仰始終伴隨著他。

“不服氣”走上科研路

“這個專業(yè)并不教授專門的職業(yè)技能，將來要么轉(zhuǎn)學其他方向，要么在科學研究上一直走下去。而與多數(shù)基礎科學專業(yè)一樣，物理專業(yè)畢業(yè)后很難讓他找到一份報酬豐厚的工作?！庇羞@種想法時，張金松剛上大學二年級，看著周圍其他專業(yè)陸續(xù)出現(xiàn)到大公司拿高薪的師哥師姐和生活拮據(jù)的爹媽，他動搖了。

大三的暑假小學期，有意在讀研時換專業(yè)的張金松報名參加了自動化專業(yè)的一個實習項目。自動化是清華的王牌專業(yè)，就業(yè)一直強勁。然而在實習臨近結(jié)束時，張金松發(fā)現(xiàn)，指導老師連自己的名字都沒記住。

失落感讓張金松意識到，物理才是自己的專長和感情所在。大學三年下來，張金松成績一直名列前茅，順利獲得直博資格。就這么換專業(yè)？張金松第一次有了不服氣的念頭：“物理學了那么多年，就那么放棄，對得起自己嗎？”

當他的心向物理學靠近時，幸運之神也選擇了這個不服輸?shù)纳倌?，王亞愚老師回國了，并準備在清華物理系組建新的實驗室。在美國期間，王亞愚由于在高溫超導領域的杰出工作，被授予凝聚態(tài)物理青年物理學家的最高獎項。

這一次，張金松沒有猶豫，拜在了王亞愚門下。

直博二年級時，張金松到美國布魯克海文國家實驗室進行了為期一年的交流學習。然而，美國導師對張金松并不重視，只是安排他做一些打雜之事。長時間的“悠閑”，讓一心想搞科研的張金松憋得發(fā)慌，美國導師的輕視，又一次激發(fā)了他心中的不服氣：“回國之后，一定要在科研上搞點名堂出來！”

2010年秋，急于回國參加科研項目的張金松，提前7 天回國?；貒?，薛其坤院士領銜的研究團隊已經(jīng)投入量子反?；魻栃膶嶒炑芯?，王亞愚教授在其中擔任重要的輸運測量工作。張金松沒有休整，立刻加入團隊，終于開始了自己的科研之路。

“沉下心”享受美妙處

隨著量子物理的發(fā)展，在實驗中觀測到量子反?；魻栃蔀槿澜缈茖W家夢寐以求的目標，這一次，張金松和團隊成員一起，發(fā)起總攻。為了尋找和驗證這一效應，他和團隊整整花了4年時間，測量了1000 多個樣品，按照分工，張金松承擔了對實驗材料的輸運性質(zhì)進行精密測量的工作。對張金松來說，這可謂正中下懷。動手能力強，是他在童年時就展現(xiàn)出來的特點。

張金松對物理的那點“小直覺”很快在實驗中得以發(fā)揮。按照流程，在測量之前，樣品要先進行復雜的電極鍍膜，為了省錢，項目組總要攢夠7、8 個樣品再去鍍膜，而每個樣品的平均測量周期都要2天左右。兩個月后，張金松受不了了：“這也太慢了！”

張金松借鑒了別人用金屬銦做電極的方法。為此，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的圓珠大小的微粒。一番搗鼓之后，終于成功。實驗室的測量效率為之大幅提高，從以前的每周發(fā)送一次測量數(shù)據(jù)變?yōu)榱嗣刻於寄馨l(fā)送一次測量數(shù)據(jù)。張金松說：“我是一個非常務實的人，覺得用樣品加工得再漂亮，不夠快也是不好的。如果按照以前的效率，我們肯定不會這么快的得出最后的成果?！?/p>

“有時候就是這樣，為了一個突破，要花很長的時間?！彼f，在這種枯燥的研究中，張金松也在享受著物理帶給他的美妙。“你能不能想象在一個特殊的材料里，里面的電子就像高速公路的汽車一樣沿著特定車道行駛，而不是像普通材料里的電子那樣雜亂無章。這樣如果應用到電腦或者手機里，那運行應該會更快，產(chǎn)熱也會非常少。”

測量中，同伴們經(jīng)常能看到這樣一幕，張金松經(jīng)常貼在顯微鏡前，用牙簽把6 粒銦粒準確嵌到只有幾平方毫米大小的材料上。每每這時，張金松就屏住呼吸小心翼翼，“呼吸動作一大，氣流就把材料吹跑了?！?/p>

在團隊成員的共同努力下，歷經(jīng)4年，2012年10月15日，量子反?；魻栃谋憩F(xiàn)數(shù)據(jù)終于出現(xiàn)在儀器上。2013年3月15日，相關論文在美國《科學》雜志在線發(fā)表，張金松為4 名共同第一作者之一，楊振寧評價：“這是第一次從中國實驗室里發(fā)表的諾貝爾獎級的物理學論文。”

“迎挑戰(zhàn)”不做跟隨者

“她最為美妙的地方主要有兩點，第一，處于量子反?；魻栃碾娮优c普通材料中的電子相比，就好像是在高速公路上行駛的汽車一樣，互不干擾，高速運行；第二，量子反?；魻栃牟牧媳旧砭褪且粋€鐵磁體，因此不需要任何外加強磁場，就可以讓電子在高速公路上行駛，為這個應用帶來了廣闊的前景。這意味著，量子反?；魻栃绻軌蛟谖覀兊娜粘Ｉ钪械玫綉茫瑢⒑苡锌赡荛_啟新一輪的科技革命。”談到量子反?；魻栃?，他就像在談論自己的愛人一樣語調(diào)溫柔。

然而，他與量子反?；魻栃倪@一段“感情路”卻坎坷遍布，包括物理在內(nèi)的基礎科學研究，往往無法預期能獲得科研成果?！澳菚r的迷茫，主要來自對未來的不確定。你并不知道花費那么多時間，最后能不能得到想要的結(jié)果?！睆埥鹚烧f。實驗中，曾有長達7 個月的時間，大家每天制作材料、進行測量，一天之內(nèi)就完成一個循環(huán)。然而，材料一個個淘汰，實驗卻沒有取得任何進展。

所有能想到的問題都已想到，所有能嘗試的方法都已嘗試，幾乎所有的學生都覺得不可能再干下去了。張金松說，那時大家甚至開始懷疑，量子反?；魻栃欠裾娴目梢员粚嶒灠l(fā)現(xiàn)？

關鍵時刻，團隊帶頭人薛其坤說：“我們現(xiàn)在從事的實驗工作是非常重要的，你們有可能發(fā)現(xiàn)從沒有人看到過的東西。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、成長很多?！?/p>

隨后不久，同學的一次偶然對比試驗，發(fā)現(xiàn)樣品表面在不覆蓋任何保護層時，量子反常霍爾效應變得更加明顯。從此，實驗取得重大突破。8月22日，站在中國青少年科技創(chuàng)新獎的發(fā)言臺上，張金松發(fā)表獲獎感言：“做科學研究必須持之以恒，學會面對失敗，不輕言放棄！”

“剛開始做科研的時候，導師讓我干什么，我就干什么?，F(xiàn)在，我們更傾向于主動提出想法，主動開拓思路，共同解決科研問題?！睆谋粍涌蒲修D(zhuǎn)變成主動科研，是張金松人生中的重要一步。

即將博士畢業(yè)的張金松，已經(jīng)聯(lián)系好了下一站——斯坦福大學。張金松說：“在量子反?；魻栃@個實驗上，我做的工作不是不可取代的，我的導師可以，師弟師妹也可以?！笨释毩?chuàng)新工作的他希望通過更多的項目來證實自己，“在一個項目上取得成績，可能會有些運氣因素。但如果在很多的項目上都取得成績，那就真正說明了你的能力。”