2021年6月4日,《第十七届全国低温物理学术研讨会》在浙江师范大学拉开序幕。在大会开幕式上,第五届马丁•伍德爵士中国物理科学奖得主揭晓,并举行了隆重的颁奖仪式。

 

两年一次的马丁•伍德爵士中国物理科学奖

马丁•伍德爵士中国物理科学奖由牛津仪器于2013年设立,旨在发掘和奖励国内年轻科学家在低温或强磁场环境下做出的突破性研究工作。牛津仪器希望能够通过在中国设立此项奖励,给国内取得了具有创新性科研成果的年轻科学家提供资助,促进其研究工作和职业生涯的拓展。

该奖项每2年颁布一次,奖励1到3名获奖者,奖金为10万元人民币,最终获奖名单于当年举办的全国低温物理研讨会上公布。截止到2021年6月4日,已经有13位年轻的科研人员摘得此项殊荣。

 

第五届马丁•伍德爵士中国物理科学奖公布

在本届《第十七届全国低温物理学术研讨会》上,中国物理学会低温物理专业委员会秘书长程金光研究员宣读了获奖名单:获得第五届马丁•伍德爵士中国物理科学奖的人员分别是,北京大学李源副教授、北京大学江颖教授、中科院物理所金魁研究员。

第五届马丁•伍德爵士中国物理科学奖-量子客
图1 | 程金光秘书长宣读获奖者名单

北京大学李源副教授因其利用中子和光子散射谱学手段测定量子材料低温下的电子自组织行为,在非常规超导电性、拓扑振子能带、电荷有序的研究方面做杰出贡献获奖。

北京大学江颖教授因对发展高分辨扫描探针显微镜技术,在原子尺度上理解低水/冰的结构和动力学以核量子效应影响的杰出贡献获奖。

中科院物理所金魁研究员因其在氧化物超导单晶薄膜制备和基本物性等方面做出系列重要成果;发展新工艺,成功合成镨铜氧和锂铁氢氧铁硒超导单晶薄膜,大幅改善超导临界参数;利用高量薄膜生长技术,实现高温超导材料基因研究领域的深融合的突出贡献获奖。

 

颁奖仪式

获奖名单公布后,陈仙辉院士、张裕恒院士、浙江师范大学潘慧炬副校长、牛津仪器纳米科学部亚洲区负责人朱亮博士为获奖者颁发了奖项的证书和奖杯。

第五届马丁•伍德爵士中国物理科学奖-量子客
图2|颁奖合影

而后,牛津仪器英国纳米科学部总经理Stuart Woods为中国区的获奖者发来了视频祝福。

视频|Stuart Woods向获奖者祝贺

颁奖仪式后采访

颁奖仪式后量子客对获奖者北京大学李源副教授、北京大学江颖教授以及中科院物理所金魁研究员,本届马丁·伍德中国物理科学奖的秘书长程金光研究员,牛津仪器纳米科学部亚洲区负责人朱亮博士进行了简短采访。详细内容如下:

第五届马丁•伍德爵士中国物理科学奖-量子客
图3|采访缩影

 

牛津仪器纳米科学部亚洲区负责人朱亮博士

量子客:牛津仪器对马丁·伍德奖提供支持的初衷是什么?

我说两点,其实牛津仪器本身和低温物理学界是有很深渊源的,我们在50年代创立的时候,实际上是马丁·伍德爵士在他自己家的后花园做了第一套商用超导磁体。这个实际上是得益于我们在低温超导领域的进步,这是我们的第一次进步。

第二次进步是我们与海因茨·伦敦博士一起做出稀释制冷机,这实际上得益于稀释制冷理论的进步而产出的成果,所以我们自己的每次发展,我们的创立发展和我们的技术革新,实际上都和低温物理领域息息相关,是和大家共同进步的,这是我们和这个领域的渊源。

另外一方面,我们在进入中国20年以来,我们是和中国低温物理学界一起成长的,实际上我们非常受益于中国科研界,中国低温物理学界的成长,使得我们自己实现了非常高速的增长。

所以,我们特别希望通过去赞助这个奖项,助力中国的科研,为中国的科研反馈一份我们自己的力量,这也符合我们自己将科学作为我们事业的愿景。

 

量子客:牛津仪器对中国低温强磁场实验的发展预期是怎样的,当前的情况如何?

我们自己作为一个商业公司,从整体的角度来看的话,我们看到中国的低温物理界实际上有两个非常强的态势上的变化,一个是中国的低温物理学工作者在低温物理方面,随着国家资助力度的增加,取得了很多非常好的成果,有一大批成果出来。

这个对我们来说,我们会看到有低温物理这块的需求,低温强磁场环境及低温环境的构建,这一块的需求会有更多质的变化和量的变化,所以学术这一块我们判断会有更强的增长。

另外,和过去若干年相比,有一个很不同的点是,现在中国或者说全球的低温物理学界有一个蜕变的情况,即以量子技术为代表,量子计算为代表的这样一个领域,正在从传统的学术研究朝民用、朝商用做蜕变。我们相信这个方向的发展会带来更多的对稀释制冷环境,对极低温环境的量和质的要求,会有这方面的影响。

我们做两件事情,以应对这两点变化,一件是我们适时的调整了产品组合,推出了我们新一代的稀释制冷机,它可以很方便的集成用户的各种实验要求以及磁场环境。

另外一件是,我们在本地做了很多投入,以增加我们的人力配置、增加我们的服务人员配置以及技术人员配置。所以我们也特别希望在这个领域,随着中国低温物理学界的发展,贡献一份我们自己的力量。

 

马丁·伍德中国物理科学奖的秘书长程金光研究员

量子客:您作为第三届马丁·伍德爵士奖项的获奖者,同时担任本届奖项的秘书长,在您看来,与往几届相比,此次申请奖项的提名者数量有怎样的变化?

我们是上一届改选的委员会,我是第一次担任(奖项的秘书长),我简单了解了往年的情况,候选人是逐年增加的,说明在低温物理领域里边,大家对马丁伍德奖越来越重视。

 刚才江颖老师提到说这个奖项竞争激烈,其实在座的像金魁老师、江颖老师,都不是第一次申请就得到这个奖,包括我也是第二次申请才获得这个奖,足以说明这个奖是非常受欢迎的。

 

量子客:对候选人还有将来要参加申请奖项的人,您有什么建议吗?

就在前几天已经有人开始询问,下一次评奖是什么时候开始,因为很多人关注年龄的问题,咱们这个奖是颁给四十岁以下的青年研究人员,有的候选人可能就差那么几个月或者一年就超过了评奖的年龄限制。我们会及时公布下次评奖的开始时间,欢迎大家踊跃报名。

关于候选人的评选方式,我们也将进行调整,这里提前和大家透露一下:之前为了方便大家重复申请,我们每次评选是把凡是申请过,同时还满足年龄条件的候选人,全部都考虑在内进行评选。但是现在累计申请人人数太多,从下一次评选开始,我们将只在本届和上一届申请人中进行评选,希望大家积极参与。

 

第五届马丁·伍德中国物理科学奖获奖者

量子客:祝贺三位老师,请三位老师分别谈一下研究方向和此次获奖的感受。

李源老师:

我主要做散射谱学方面的研究,考察相互作用的量子材料体系、主要是电子体系里面的一些规律。我们对材料样品射入粒子,在低温磁场条件下,观察粒子与材料相互作用后如何飞出的统计分布,然后反推材料中的规律,主要是这个研究方向。具体的物理体系包括超导、磁性等。 

获得这次奖项,非常荣幸,也非常感谢评委会老师们对我们工作的肯定。事实上,我不会把自己视为低温物理的科班出身,因为我主要是用实验数据“讲故事”,本身涉及仪器建造方面的工作比较少。但是在这个过程中,也用到很多低温的环境,所以我非常感谢商业公司、以及大科学装置上的工程师在技术上让这些低温环境得以实现,对我们研究人员提供了很大的帮助,如果没有这些努力,我们的科研工作没办法开展。所以,能够获得以牛津的创始人⻢丁·伍德爵士命名的这样一个奖项,我感到非常荣幸。 

 

江颖老师:

我是北京大学量子材料中心的江颖,和李源是同事。我是做超高真空低温扫描探针显微镜的实验研究,主要研究表面、界面和低维物理。研究对象主要包括表面上的单分子和二维材料。除此之外,我的实验室也花了很大的精力在研发一些自己的设备,比如我在接下来的报告里会提到一种叫qPlus的原子力显微镜技术,以及和超快激光结合的扫描隧道显微镜技术。最近,我们还将量子传感与扫描探针融合在一起发展新的扫描探针技术。 

其实早在2015年我就申报了这个奖,之后就没有再提交过任何材料。所以,当评审委员会通知我获奖时,我感到非常诧异。非常感谢低温物理领域的专家们一直关注我们的工作,多年后我们的工作终于能得到大家的认可,我感到非常的高兴。 

 

金魁老师:

我来自中科院物理所,17年来,一直在从事超导研究,一直跟温度在较劲。我是以超导薄膜为载体,做超导物理的一些探索以及高温超导应用的一些推广工作。

首先感谢低温物理学会的组织工作,获得这个奖项要感谢张广铭老师的提名和评委会的认可。

温度具有两面性,我们在做超导物理研究的时候,希望温度越低越好,能够看到超导材料的基态。我在马里兰大学做研究时,用的就是牛津仪器的设备,温度可以到20mk。但实际上,我们希望应用是越往高温走越好。所以这是一个矛盾体,一方面我们希望温度越低越好,以帮助我们去探索物理,另一方面,我们也希望材料的应用的温度越高越好,能够推进社会的变革。

 

量子客:做实验都需要各种设备支持,请问三位老师,在您的研究中用到了哪些极低温和强磁场相关的设备?这些设备对您的研究工作起到什么重要作用?

李源老师:

我们做谱学探测,在实验室里主要是测光谱,涉及到一些有光学窗口的低温设备,到目前为止还不具备磁场的条件,主要在液氦的温度下做一些光谱的测量。实际上我们也希望能够把温度进一步降低,但是就需要解决激光对样品的加热问题。在“外面”实验室做的,比如在中子源,同步辐射上面,因为中子可以穿透金属器壁的样品环境容器,所以mk的实验就会多一些,磁场也会更容易加一些。

 

江颖老师:

扫描探针显微镜对低温环境的依赖很大,低温可以给扫描探针显微镜带来很大的性能提升,我举三个例子:

第一个是能量分辨率。当温度越低时,针尖费米能级附近电子态的展宽就越小,这对于提升扫描隧道显微镜的能量分辨率来说是至关重要的。

第二个对于原子力显微镜来说,qPlus力传感器有一个重要的参数叫做品质因子(Q factor),对温度也有强烈依赖。室温下一般来说只有2000,在5K左右可以达到好几万甚至10万以上,这对信噪比的提升非常关键。

扫描探针显微镜还有一个重要的参数是温度变化引起的热漂移。室温下的热漂移可以到每个小时几个埃(Å),在5K下则可以减小到每个小时几个皮米(picometre),所以有大概两个量级的差别,这对于我们的图像扫描和谱学测量来说,提升也非常大。

 

金魁老师:

我还是分几个阶段:最早用的是在液氮罐里面插一根测量杆来做测量,这是最基本做低温的测量,测一下R-T曲线之类的。

读研究生时物理所有一些商业化的低温设备,但很少有极低温条件,至少我们组里没有。那个时候要做低温测试,一般要一到两个月才能排一次,所以非常珍惜时间。样品准备好后,三天三夜就只专注在做一件事情上,但是效率很高。

后来去了美国马里兰做博士后的时候就用了牛津仪器的稀释制冷机,感觉确实很强大,一次测十几个样品,温度可以达到20mK,也帮助我完成了一系列重要的工作。后来回国工作,发现国内也都普及了,极低温测试不是个难事了,物理所金光(程金光研究员)他们这里有极低温设备,以及所里很多地方都有极低温条件。最近听说北大还到了几十个μK

我们用的低温磁场相结合的设备,比较多的是国内两个强磁场中心,一个是武汉脉冲强场,一个是合肥稳态强场,他们有极低温和强磁场的结合装置,把低温和磁场努力推到极限。在怀柔的综合极端装置可能会把极低温和强磁场结合的更好,所以我们也期待将来能做更好的工作。

 

量子客:请谈谈老师所在领域,低温物理实验技术的发展趋势?

李源老师:

我觉得一个比较重要的趋势是无液氦,不需要反复往里灌制冷剂的这么一个趋势,这个趋势是很明确的。最近就有一个很深刻的体会,就是在英国的一个远程的实验,因为疫情去不了,刚好那边用的那一台机器需要的温度跟磁场条件比较苛刻,所以是一个需要灌液氦的。中子的射线束它没有办法等,你灌的时候它也在那里,时间也还在流逝,而灌的过程当中,因为中间可能拧一些开关接头的时候,又引发一些新的进一步问题,耽误了不少时间。在这种情况下,如果有能够续航能力很强,不需要中间维护,始终能维持在一个稳定的条件下做实验的话,能够让大科学装置上有效的测量时间多出百分之二三十,我想这是可以轻松达到的。

另外一个就是大的样品空间等方面,这样在里面可以连接更多小的装置等,这可能也是一个未来趋势。比如说现在可以用单轴压力调控样品,这在单晶的测量里面会是非常有效的一种实验方式,它需要一些额外的布线,需要一些压电陶瓷的装置,能够有办法放进低温腔体里面去。

 

江颖老师:

我结合我自己的领域来谈一谈低温技术的一些发展趋势。我认为扫描探针显微镜目前最大的瓶颈主要是探测的现象基本都是一些非相干的过程。比如,扫描隧道显微镜的电子在量子隧穿的时候,相位信息往往就丢失了,很难观察到相干的效应。而极低温条件很显然对量子相干过程和量子态的保持更有好处。

所以在极低温下,我希望未来5年到10年,扫描探针显微镜这个领域,能够实时监控量子相干演化,探测一些及其微弱的量子态,这是我们这个领域下一步需要努力的方向。

 

金魁老师:

我还是接着前面说的两点,往超导物理上走的话,我们还是希望极低温尽量跟强磁场结合起来,因为对超导而言的话,越往低温走,要破坏它的磁场就越高,所以这是一个结合点。就推广应用来讲,我们希望不要用低温,越接近室温越好。但是,物理和应用是不矛盾的,会在对立统一中得到升华。

目前,已经有13位年轻的科研人员获得马丁•伍德爵士中国物理科学奖,以下是历届获奖者名单:

第五届马丁•伍德爵士中国物理科学奖-量子客
图4|历届马丁•伍德爵士中国物理科学奖获奖者

 

 

更多关于马丁•伍德爵士中国物理科学奖报名及最新的评奖通知,请查看官网:

https://nanoscience.oxinst.cn/featured/science-prizes/martin-wood-china

 

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|编  辑:王嘉雯      |审  校:丁 艳