电子科大博士生杨超火了！2年实现Science+Nature一作双杀

---

  新智元报道  

编辑：David 好困

【新智元导读】最近，电子科技大学2016级材料科学与工程专业博士生杨超火了。从2019年底到今年年初他先后两次以第一作者的身份登上Science和Nature。

两年时间，两篇一作，双发Science、Nature，这是什么级别的大牛？

 

最近，电子科技大学2016级材料科学与工程专业博士生杨超火了。

 

从2019年底到今年年初，他先后以第一作者的身份登上Science和Nature。

 

2019年11月14日，杨超发了自己的第一篇Science：《超导-绝缘相变中的玻色金属态》（Intermediate bosonic metallic state in the superconductor-insulator transition），解决了三十年来悬而未决的量子金属态问题。

 

2022年1月12日，杨超团队首次在高温超导体中发现并证实了玻色子奇异金属，以《玻色子体系中的奇异金属态》（Signatures of a strange metal in a bosonic system）一文登上Nature，又一次在凝聚态物理领域取得重大突破。

 

论文链接：https://www.nature.com/articles/s41586-021-04239-y

 

电子科技大学的李言荣院士、熊杰教授研究小组，与美国布朗大学James M. Valles Jr 教授，北京大学谢心澄院士、王健教授，北京师范大学刘海文研究员，四川大学等合作者们，通过在高温超导钇钡铜氧（YBCO）薄膜中构建纳米网孔阵列，实现了对玻色子相干性、耗散能等物性的跨尺度调控，在量子相变临界区发现了电阻随温度与磁场线性变化的奇异金属态。

 

 

为此，Nature发表专题评论文章称，团队的发现将奇异金属和超导体这两个前沿领域结合起来，而这也将代表着凝聚态物理学的一个重大进步。

 

文章链接：https://www.nature.com/articles/d41586-021-03831-6

 

在被Nature收录之前，该文在2021年5月就已经上传到了arXiv上。

 

论文链接：https://arxiv.org/abs/2105.02654

 

而在2019年的Science中，杨超团队首次在高温超导薄膜中证明了量子金属态的存在。

 

论文链接：https://www.science.org/doi/10.1126/science.aax5798

 

来自电子科技大学的张万里、熊杰研究团队与北京大学王健教授团队、林熙研究员课题组、北京师范大学刘海文研究员、清华大学姚宏教授、美国布朗大学James M. Valles Jr教授等合作者们，通过调节反应离子刻蚀的时间，在高温超导钇钡铜氧（YBCO）多孔薄膜中实现了超导—量子金属—绝缘体相变。

 

 

杨超的校友@ 薛定谔的小火猫 调侃说：「毕业聚餐时好像有人说，Science第一人不再整篇Nature玩玩？结果人家当真了！」

 

 

网友@不学无墅感慨道：「这么优秀的同行，我只能在家坐着看了。」

 

而对那些还挣扎在科研圈的同学们，@ 扶苏师兄 说道：「世界上只有一种英雄主义，那便是认清了科研的本质但是依然热爱科研的人。」

 

杨超和他的奇异金属

从铁基超导体到钌基化合物和双石墨烯，这些固体都拥有奇特的现象，如高温超导性，这使得这些系统中奇异金属行为的出现更加引人入胜。

 

那么这背后的原因又是什么呢？

 

首先需要了解一点电子在固体中的行为。

 

费米子，以意大利物理学家Enrico Fermi的名字命名，它是以具有自旋（与内在角动量相关）为特征的粒子，其数值为半整数。相比之下，以印度物理学家Satyendra Nath Bose命名的被称为玻色子的粒子具有整数自旋。

 

对于常见的物质，如普通金属、半导体和绝缘体都可以用电子作为该状态的基本组成部分来描述。当电子在普通金属中相互作用时，它们会产生一个随温度的平方而变化的电阻。

 

但是奇异金属是不同的：除了具有与温度成比例的电阻之外，当这些金属受到磁场的影响时，电阻有时也会随着磁场的强度而线性增加。

 

 

 

到目前为止，只有在电子在作为费米子或量子纠缠的条件下，才能观察到奇异金属行为。

 

但是超导理论依赖于这样一种观点，即成对的电子可以被描述为复合粒子，可以像具有整数自旋的玻色子一样运动。

 

而具有超导（玻色子）特性的材料在引入无序的微观孔洞模式时，对外加磁场显示出一种特殊的反应。其量子性质要求有整数的磁流线穿过孔洞，其中每条磁流线携带一个量子。当应用的磁场位于这些整数值之间时，材料的电阻会增加。其结果就是随着磁场强度的变化，电阻会发生振荡。

 

而杨超团队的成果恰恰显示了在超导临界温度以下的这种反应，从而提供了一个奇异金属表现出具有玻色子特征的电子传输的直接证据。

 

在此项研究中，杨超团队使用反应离子蚀刻法，在薄膜上钻了纳米大小的孔，在系统中引入了无序状态。孔的晶格留下了一个连接的岛状节点阵列，结果表明，电阻对温度和磁场强度都表现出线性依赖。

 

 

不过，这个研究依然留下了一些疑问：

 

首先，在技术层面上，似乎图案化过程的控制是杨和同事发现的关键。同一小组成员的早期论文也提出了一个类似的系统，但在本研究中，只有当图案化比以前的研究更均匀时，才观察到奇异金属行为。对节点之间相互作用的定量调查可以解决这个问题。

 

第二，假设奇异金属行为可以潜伏在足够无序的超导体中，为什么到目前为止还没有在所研究的各种材料和系统中常规地观察到它？去年的一项实验反驳了这种担忧：超导体硒化铁的纳米图案薄膜也显示出电阻对温度的线性依赖性，这表明在一个以玻色子为特征的系统中存在另一个奇异金属行为的例子。

 

目前，对奇异金属的主要理论描述与显示奇异金属行为的材料一样多种多样，有些甚至借鉴了与黑洞物理学的惊人联系，但是一个共识模型还没有出现。

大二开始接触科研，带着好奇心探索

杨超高中毕业于四川省双流棠湖中学，他从大二就开始接触科研。当时的他对材料领域一知半解，但却很感兴趣。

 

 

和不少科学领域的重大突破一样，兴趣和好奇心是科学研究之路上最好的引路者。

 

 

杨超很享受好奇心驱动的科学探索的过程。在这一过程中，随着时间的推移和知识的积累，他的科研方向也更加明晰。

 

「 越来越知道自己喜欢什么、能做什么、要做什么，然后不断地去做。」

 

不过，在杨超看来，科研之路绝非一条平坦的跑道，也不可能一眼就望到终点，而更像一条密林中的幽深小路。有困难，有挫折，时常会遇见短期内解决不了的难题。

 

 

他在此前接受采访时表示说，科研这条小路上，可能有鲜花，但更多的是荆棘，如果没有坚韧不拔的意志，可能会觉得看不到曙光。

 

实际上，Science 那篇论文的研究进展比预想的要更艰难：「有很多次，我感觉要找的东西已经近在咫尺了，但事实上却远在天边。」

 

 

杨超表示，最终发表在Science上的这篇文章，其中的猜想来回推倒重来了差不多五次最终才完成。

 

「压力肯定是有的，唯一能做的就是坚持把手头的事情做好，与时间赛跑。」

 

作为一位年轻的科研人，能够在博士在读期间连发Science和Nature两大顶刊，和平台的帮助与和导师的指导也是分不开的。

 

无论是李言荣教授、熊杰教授，还是诺奖获得者Robert B. Laughlin教授，杨超都满怀敬仰和感恩之心。在他心目中，他们都是自己科研路上的「领航人」，他们不仅在科研上为杨超提供指导和帮助，更是为人为学方面作出了示范和榜样。

 

 

李言荣，电子信息材料专家，中国工程院院士。1992年获中科院长春应化所博士学位，曾留学德国Karlsruhe科研中心和美国Colorado at Boulder大学。2009年10月任电子科技大学党委副书记，电子薄膜与集成器件国家重点实验室主任，2011年当选为中国工程院院士，2013年4月任电子科技大学校长，现任四川大学校长。

 

长期从事电子薄膜材料与器件应用研究，发明了倒筒式溅射旋转沉积薄膜制备技术，解决了大面积单、双面YBCO超导薄膜面内均匀性和两面一致性，形成了小批量产品。发明了介电薄膜的纳米自缓冲层技术，显著提高了多元氧化物介电薄膜工程应用的耐压能力和生长取向特性，热释电薄膜红外传感器已装备于煤矿瓦斯监测系统，一体化集成的薄膜应变、温度传感器已应用于航空发动机叶片状态检测。利用介电/半导体集成薄膜技术，积极推动新型集成电子器件的发展。

 

 

熊杰，教授，博导，国家优秀青年科学基金、四川省杰出青年基金获得者，四川省学术和技术带头人，教育部新世纪优秀人才。电子科技大学电子科学与工程学院低维功能材料与量子器件研究所所长。

 

长期从事低维功能材料的教学、科研和人才培养工作，发表SCI论文170篇，被SCI 他引3000多次，其中以第一作者或通讯作者在Science, Nature Chemistry, Nature Communications, Physical Review Letters, Advanced Materials，Joule, Nano Letters等发表110篇；先后负责包括国家自然科学基金、国家863项目、青年973项目、军科委、总装预研等20余项科研项目；申请国家发明专利50项（授权26项）；出版专著/教材（章节）5本，在国际国内学术会议和学术机构上作报告30余次(邀请报告15次)。

参考资料：

https://www.nature.com/articles/s41586-021-04239-y

https://www.science.org/doi/10.1126/science.aax5798

本文部分内容引自电子科技大学文章：

https://mp.weixin.qq.com/s/EftwhYHRV2cs-NUxnq3pkg

https://mp.weixin.qq.com/s/cNiG7t3n1ibv9icpZI_pww

https://mp.weixin.qq.com/s/n3n-HZ2tmGOPYnRybQ-3YA