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研究生培养专题报告??赵忠贤院士,陆兴华研究员在2010年开学典礼上的讲话
更新: 2010-09-25
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赵忠贤院士,陆兴华研究员在2010年开学典礼暨入所教育上的讲话


提要: 
专题报告(一),主讲:赵忠贤院士(院士代表) 
专题报告(二),主讲:陆兴华研究员(青年导师代表) 

 

研究生培养专题报告(一)

 

(根据赵忠贤院士讲话整理)


各位同学,早上好! 
    刚才所领导对研究生都给予了很大的厚望,刚才说我是院士代表,其实我也做不了代表,我就讲讲从超导研究看创新,给大家谈谈体会吧。 
    杨振宁先生曾经说过,有些年轻人学问不大,但热忱勇敢,最后做出了很大的贡献。我想这就是,在国外的实验室里,为什么有的学生在研究生时期做的论文最后获得诺贝尔奖的原因。因为刚开始的时候他肯定是学问不大,但是能够有这个激情,能够抓住问题的主要方面。 
我也讲一些例子,超导方面已经有5次发诺贝尔奖,10人获得;低温方面有4次,6人获奖;霍尔效量2次,4人获奖;另外,波色-爱因斯坦凝聚有2次,6人获奖。有的工作我看到都是念研究生的时候做的。1999年,我参加诺贝尔奖颁奖活动的时候,每人发个小册子,小册子非常小,它就讲诺贝尔奖发了快100年了,完全是基础科学的东西,究竟对人类有什么贡献呢?它就总结了三条,一条是新能源,一条是信息技术,一条是健康。想来想去,这也是人类生活的最主要方面,可以看到基础科学的突破为人类社会、人类发展起到了极其重要的作用。 
    从超导来讲,卡梅林-昂尼斯最早发现了超导电性,他发现超导电性的时候也不是去追寻这个超导,主要是研究金属在低温下的电阻行为。大家知道,金属里的电阻主要是由这个晶格振动和缺陷的散射形成的。如果把金属做的很纯,另外就是温度降的很低,两种散射都可以做到最小。最后,发现和他想象的不是太一样,就是在4.2K的时候,在汞的电阻突然掉到零,改变汞的纯度依然会掉为零。一段时间的分析之后,他认为是一个新的现象,即超导电现象。所以,在做实验的时候,不要按照自己的想象来看自己的数据,而是真正的数据是什么?就会有很多意想不到的结果。卡梅林-昂尼斯这个工作也是在他实现氦液化之后做的,他是第一个实现氦液化的人。有时候创造实验的条件来做工作是必须的,只有这样才能做出前人没做出的事情。在这个超导出现以后,包括爱因斯坦居里夫人在内,他们都想了解超导的机理问题。在1911年的索尔维会议上,大家都在讨论超导的问题,大概是爱因斯坦觉得实验数据太少,1915年后就没有再继续做。这个时间段,其实有一个问题——到底是电阻为零的理想导体?还是一个全新的现象?这1933,迈斯纳和他的学生Oschenfeld就做了一个实验,如果是一个假想电阻为零的理想导体,它的磁化过程是什么,是可以推断的。但做了以后发现超导体和假想的电阻等于零的这个磁化行为是完全不一样的。发现超导体内部的磁感应强度永远等于零,也就是说,你加上个磁场,进入超导态后,磁通线全部从内部排斥出去了。也就是说,超导球内部磁感应强度等于0,这就是迈斯纳效应。它表明所有的电子都是处于同一状态,就是宏观量子状态,这就导致了伦敦方程的建立。这在今天也是了解超导现象的一个微象的理论。 
    在超导理论从1911年超导电性发现以后,大家一直最想找到它为什么超导?——机理。很多一流的科学家关注这方面的研究。这中间经过两次世界大战(的时期)。特别是John Bardeen先生,他在海军干过,在贝尔实验室干过,他做了很多事情,但他不管走到哪,他工作都做得很好,并且一直想着解决超导这个问题,有极大的兴趣!,他聘请了库伯并招了一个学生Schrieffer,一起做这个工作。当时,他问Schrieffer,你多大了? Schrieffer说,我22了。他说耽误你2、3年,没关系(吧)?他所谓的耽误呢就是说,这2、3年之内,你可能只发表论文,可以毕业,但这个工作可能有风险或完不成。问他愿意不愿意? Schrieffer说,愿意! Bardeen、Cooper和Schrieffer三个人就一起解决了超导的微观机理问题。当时还有个故事,据说当文章送到Feynman手里的时候,Feynman一看前面的摘要,就把这篇文章放在抽屉了。因为,他正在做着差不多一样的工作,都不忍心往下看了。这就说明,大家都走到了超导微观机理的门口,看最后谁抓到了最核心的东西,并解决问题。而这个成功是老中青合作的一个典范。 
    Bardeen教授来物理所访问的时候,我们问他有什么经验?,因为他在半导体三级管发明方面获得了诺贝尔奖,在超导又获得诺贝尔奖,这两个——半导体和超导体都是凝聚态物理下面的分支学科,也就是说他在同一个领域里面,还是小领域里面,两次获得诺贝尔奖,拿奖有什么经验?老先生没有体会到我们这样的问话有半开玩笑的意思,就说:努力、机遇与合作。而且他把这三点都做了一些具体说明。他对超导微观理论的解释就是电子和声子的一种相互作用,所谓声子就是晶格振动的量子化,通过电子交换虚声子后配成对,大于电荷之间库伦排斥力,电子对的凝聚,就出现了超导性。注意到声子的作用很重要的实验是同位素效应,锡的同位素很丰富。越高质量越重,因为中子多。他们发现,临界温度随着原子质量的增加而减少。因为离子或原子越重,本征振动频率越低,质量越轻振动频率越高,表明超导性与本证振动频率有关,也就是和声子有关。我为什么讲这个故事呢?就是说这样的实验要非常的细心。如果不细心,就算拿我们现在的精密仪器和设备,这样的实验结果也不一定能够看得到。所以把复杂问题转化为精细的实验,不仅要仪器要好,而且要做的仔细。 
    这里还分别有在60年和62年看到的单电子隧道效应和超导隧道效应得两位,这两位当时年龄也都不大,Giaever他已经工作了,他听了一个Colloquium的报告,这是一种给非本专业的人做的报告,他受到了这个报告的启发。这个人脑袋很灵,数学很好,手也很巧,也很有创造性。回去做实验就发现了单电子隧道效应。但是这人不会考试,所以当时获诺贝尔奖的时候,记者跟他开玩笑“大学物理几乎都不及格的Giaever获得了诺贝尔物理奖。另外一位是Josephson,他是剑桥大学的一个研究生,正好他们学校里有一个从普林斯顿来这里工作6个月的教授,当时正在剑桥做局域化的理论研究,后来也获得了诺贝尔物理奖。在一次偶然的见面时对Josephson说,有一篇文章很有意思,你不是搞超导的吗,可以看看。Josephson看了文章,可以说是心有灵犀一点通。当时他做工作时脑子里的图像非常清楚。Josephson很快完成了理论工作。他的老师看了之后,说这个文章我就不署名了,因为不需要我的署名,你的文章也一定能发表。所以就以他一个人的名字发表了。当然,最后他拿奖的时候他给老师很高的荣誉。Josephson机遇加灵感以及创新的思维,做了一个很原创性的贡献,超导的隧道效应也叫Josephson效应。他当时做这个工作时候年仅23岁。后来获得诺贝尔物理奖。1974年我在剑桥见到他时,他骑自行车很与人不同,一眼就可以认得出。他认为那样骑有助健康。我想举这些例子,是希望我们的学生也有这样的机会。 
    另外有一个故事,研究铁电物理,做绝缘体的著名科学家K.A.Müller,他有个同学叫J. Müller,是做低温物理的,以前来过物理所,是我接待的。他们是同学,当时在学校时大家就开玩笑,叫做铁电的K.A. Müller为warm Müller ,做低温的叫cool Müller,这个warm Müller在传统领域内思想解放,本来做绝缘体,最后在铜氧化合物里发现了35K的超导迹象。这就是我们现在讲的高温超导体。真的在超导领域实现高温了(相对的高温)。后与J. Georg Bednorz 一起获得了1987年度诺贝尔物理奖。在开展工作前他曾经征询另一位学者是否愿意和他一起做这个题目。那个人我也认识,名字我就不说了。那个人说,我一年就想写2篇physics review B。我后来问他,现在还觉得怎样?他说别提了,越提越……。可以看到的是K.A. Müller的思想解放。在前人的基础上,应该以怎样的一个思路和一个方法来做,才能有一个突破的结果。其实,在超导中有很多事情可以做的。 
    下面的例子是我们和薛其坤这个组合作,他的小组有特别的本事制备低维的金属薄膜。与物理性质联系起来会更有意义。我和薛其坤贾金锋在多次聊天中确定,从超导性入手研究Pb膜的量子尺寸效应问题。结果,证明了在1963年以来一直没有实验证明的理论设想。我说的意思是,还有很多工作可以做。再举一个例子就是超导的应用,信息技术发展这么快,电子技术发展这么快,很多人都不知道,最重要电压的基准是超导的器件。电压的基准过去是电池,现在是用超导的隧道效应做成器件来做为电压基准。主要根据了交流Josephson效应,超导的电压和频率之间的一个关系。用频率的标准代替了电压的标准。精度很高。还有医院里的核磁共振成像用的超导磁体等应用。核聚变的一种方式是磁约束,当然现在也有惯性约束,将来也许还有什么别的办法,如果要实现磁约束的核聚变的话,没有超导是不行的,超导的发展必须作为战略方面加以重视。 
    大家看这幅图,铁基超导体的进展。铁基超导体最早是日本人发现,物理所和中科大、浙江大学等几个小组研究进展很快。最早超过了40K,又很快把临界温度翻了一翻。图中可以看出所有红点的结果都是中国人做的。就像科学杂志的评论讲的,“新超导的发现把中国科学家推到了世界的前沿“。就是说我们现在有这样的能力。这个月底,基于美国方面的提议,由我们主办中美新奇超导体研讨会。。 
    关于人才培养问题,我认为不外乎就是培养选拔和使用管理几个方面。创造力的培养需要培养综合的素质,最重要的是理想、责任心和团队精神。因为,现在团队的精神很重要,特别是搞实验的。扎实的基础和自学的能力,你不可能在大学里面什么都学会,需要有自学的能力,有创新的好奇,对真理追求的毅力和韧性。你做一个实验不一定会成功,可能会失败很多次,而且可能还有其他的挫折。需要毅力。所有这些都是在学习工作中潜移默化形成的。黄昆先生讲过,“科学研究贵在创新,要做到三个善于,即善于发现提出问题,善于提出模型与方法解决问题,善于做出最重要最有意义的结论,其中最关键是善于抓住机遇,发现问题和提出问题。对科学工作者来讲,最重要的驾驭和运用知识的能力。大多数开创性研究并不是想象中那么复杂和深奥,关键是确立少而精的目标”。创新是在一定基础上产生的,需要继承和发展。我比喻年轻人和年长学者之间的关系像似冬虫夏草。我希望老师和同学能够很好的结合,有积累才有突破。成就将出现在在年轻人身上。但在谁的身上,就看谁的努力和机遇了。在上面提出的各点中,“追求真理,讲究奉献”——我是放在第一位的。选好目标,坚持不懈,融入集体,培育专长,抓住机遇,切入核心。 
    最后祝同学们身体好,学有所成,为国家做出自己的贡献。谢谢! 


 

研究生培养专题报告(二)

 

(根据陆兴华研究员讲话整理)


各位老师和同学,大家上午好! 
    每到新生入学时候,我想很多导师同我一样,都非常激动——新来实验室的同学会是一个什么样的同学?会不会是一个可造之材?每位同学也一样期待——我们的导师会是一个什么样的导师?我在今后的几年里面,会不会成长的非常顺利,能否成为一个优秀的研究生?所以,我就想讲讲作为一个研究生导师,我期望的,我眼中的研究生怎么样做才会是一个优秀的研究生。希望我的想法、看法会对大家有所启发、有所帮助。当然,我讲的东西并不全面,是我个人的一些想法。 
同学们入所以后,首先是进入了一个新的阶段,这个新的阶段表现在哪些方面呢?首先是进入了一个新的环境,从课堂上进入了实验室。其次是新的目标。要从考试转变到做出创新性工作,发表有新意的文章。还有就是新的方法,要从上课转变到在实验室做研究,探索。刚进入这个新的阶段,我想有些问题大家都是比较关心的:例如,如何在实验室做好科研?如何处理好跟老师、同学的关系?如何跟导师互动,能够让导师对你比较满意,同时你对导师也比较满意?从我个人的体会来看,一个优秀的研究生至少应该具备三个主要的素质,一是勤,二是博,三是善于沟通交流。 
从勤来讲,首先要勤快。实验室工作不只是简单的仪器操作,还有很多零碎的事情要做,包括实验室的卫生,仪器的整理收拾等。这些都是小事,但这些小事也都非常重要,它从侧面反映了一个学生的素质。古人就说勿以善小而不为。那么,认认真真做这些小事有没有直接的好处呢?其实是是有很大好处的。首先周围的同学对你的看法就会非常好,知道你一定非常乐于助人。另外导师看在眼里,也会非常高兴,非常欣赏。勤的第二个含义就是要勤奋。大家可能也已经有所观察、有所体会。在物理所,勤奋工作是一个特色。老师和同学们晚上十一、二点还在实验室工作是非常普遍的现象。进入实验室之后,我们要保持这种年氛围,继续发扬这种奋斗的精神。只有勤奋的人才能获得最大的成功,这是毫无疑问的。 
    第二个比较重要的是博。这里大部分的同学最后是要读博士的。作为一个博士,还是要有相对广博的知识。这也是目前学科交叉发展趋势的需要。等到大家毕业走出物理所,回顾几年的研究生生活,如果发现只是围着仪器操作几下,测了几个数据,一定会很失望。我希望同学们毕业的时候能拥有很多技能和知识,不仅有与自己研究课题的知识,实验室里其他课题的知识,还要有许多其他相关领域的知识。举一个例子,同学们大多是凝聚态物理方向的,除了自己实验研究中用的设备和方法,你还了解多少种其他实验方法,特别是有密切关系的?在我的研究组里,扫描隧道显微镜(STM)是主要的研究工具,但仅仅熟悉这一种研究手段是远远不够的。作为一名优秀的研究生,至少你要了解与STM互补的角分辨光电子能谱技术(ARPES)。做得更好一点的话,要对研究材料结构的其他手段,如中子散射,X射线衍射等都应该有所了解。那么,怎么来实现这样一个目标,如何让自己的知识变得更加广博呢?有很多途径,其中一个是多参加学术报告,我们物理所在这方面有很好的条件,每年都有很多高水平的学术报告,大家有很多学习提高自己的机会。当然,我并不鼓励大家每个报告都去参加,那样的话会影响大家在实验室的工作时间,所以要有意识有选择地参加学术报告会。另外,我们物理所的研究内容非常广泛,有十九个实验室和研究中心,研究方向覆盖面很大。你们周围的同学可能是其他研究方向的同学,平时大家之间要多交流,多相互了解彼此的研究工作。这样,你的知识就会慢慢地充实提高了。 
    最后要强调的一点就是善于沟通交流,包括跟同学的交流,跟导师的沟通。这里,我就想主要就如何与导师沟通交流谈点想法。我想每个研究组都会有例会,但仅通过这个例会与导师沟通交流是不够的。因为人可能比较多,例会上主要话题是每个人的研究进展,导师很难对你的思想和状态有比较深入的掌握。所以,除了例会以外,大家还应该和导师保持联系,及时汇报自己的情况。如果有时候导师很忙,找不到,怎么办?这时候就需要有主动性,要有意识的找导师联系,联系的方式可以打电话、短信、电子邮件。一般来讲,一两周一次的联系是比较合适的。联系导师的时候主动汇报各种情况,不仅包括研究进展,还可以谈谈遇到的困难和问题,失败的教训,甚至犯的错误。还有一些需要私下与导师谈的,如生活上的困难和挫折。我相信绝大部分导师是比较宽容的,乐于帮助学生的,愿意听取大家倾诉的。就我个人而言,我是非常希望学生和我交谈的。因为那样我就可以更加清楚地掌握每个学生的状态,更有效的调整大家的工作,提高工作效率。我想其他导师应该和我的想法差不多。另外,在与导师的沟通交流中,大家对于自己的研究方向要有发自内心的兴趣和信心。对于自己的想法要积极大胆的提出来,不要害怕。与导师交流要有准备,最好有书面的总结材料,说话尽量有条理。最后,跟导师交流时要尊重导师,虚心学习。导师的阅历和知识面要比你们强很多,在研究方向的把握上要比你们准确得多。要善于向老师学习知识,学习分析问题和解决问题的能力。或许经过几年的努力学习,你在某些方面做得比导师强,这也是正常的发展规律,切不可骄傲自大。与导师有不同意见的时候不要盲目坚持自我,不要钻牛角尖,要以导师的意见为主。退一万步,即使你的好想法没有得到导师的认可,还可以等博士毕业后再做。科学研究的人生道路很长,机会还有很多。 
    研究团队的氛围也很重要。在一个研究组里,不是简单的个人在发展成长,而是一个团队,包括其他的老师和同学,大家一起努力,共同向上。如果大家互相帮助,互相鼓励,一定会事半功倍。除此之外,还有关于个人修养,锻炼身体,理想追求等重要话题。以后有机会再与大家一起讨论。 
    千里之行始于足下,祝福大家经过几年努力能够学有所成,顺利走上社会成就一番事业! 

 
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