p>
白天,他在实验室里仔细观察师兄师姐的操作,不厌其烦地询问各种仪器的原理和注意事项(尽管有时会遭到王思远略带不耐烦的白眼),认真记录每一个实验细节。
晚上,他回到北大书房,疯狂地恶补凝聚态物理的知识,阅读陈教授课题组表的既往论文,查阅拓扑绝缘体相关的综述和专着,试图理解他们正在追寻的科学目标。
第二个困难,是信任的建立。
一个九岁的孩子,想要赢得一群顶尖高校博士生的真正认可,谈何容易。
尽管他学习态度认真,但最初他提出的问题,在孙薇和李健看来,往往显得有些“初级”
甚至“不得要领”
。
王思远更是偶尔会抛出一些涉及更深层物理图像的问题,隐隐有考校之意。
张诚深知,空有数学之名无用,他必须展现出实实在在的价值。
转机出现在一次组会之后。
课题组在分析一批新合成的薄膜样品在pps中测得的磁电阻数据时,遇到了一个令人困惑的现象:在某个特定的温度区间和磁场方向下,材料的霍尔电阻出现了一种非单调的、带有轻微振荡的异常行为。
这无法用简单的经典输运模型解释。
王思远尝试用已有的拓扑表面态模型进行拟合,但总是差强人意,无法完美重现实验曲线的细节,尤其是那个振荡的尾巴。
组会上,大家讨论了很久,提出了几种可能性,如可能存在多种载流子贡献、磁无序的影响、或者测量中的某种未知artifacts(假象),但都缺乏决定性的证据。
张诚坐在会议室的角落,认真地听着大家的争论,目光紧紧盯着投影屏幕上那幅看似“丑陋”
、不符合常规理论的实验曲线。
他的大脑在飞运转,将听到的物理讨论与他近期恶补的知识,以及他那强大的数学直觉进行关联。
“振荡……非单调……特定温度和磁场……”
他喃喃自语。
忽然,他脑海中闪过在数学领域处理过的、关于非均匀介质中波动传播和特定边界条件下本征值问题的某些技巧。
一个念头如同火花般闪现:这种振荡,会不会不是噪声,而是某种内在的、由拓扑非平庸的能带结构和外加磁场共同导致的(类似于朗道能级量化与贝里相位干涉的复杂体现),只是其表现形式因为材料的无序、掺杂以及有限的样品尺寸而被掩盖和扭曲了?
组会结束后,他鼓起勇气,找到了正在电脑前对着数据愁的王思远。
“王师兄,关于刚才那个霍尔电阻的异常数据,我……我有一个不成熟的想法。”
王思远抬起头,看到是张诚,眉头微不可察地皱了一下,语气有些敷衍:“哦?什么想法?”
“我在想,我们是不是可以尝试换一个角度,不直接拟合整个曲线,而是先通过数学方法,比如奇异值分解(svd)或者小波分析,将实验数据中的不同成分分离出来。
或许能先把那个振荡的信号‘提取’出来,分析它的特征频率和幅值随磁场、温度的变化规律。
然后,再结合拓扑绝缘体在磁场下的理论模型,看看这个分离出来的振荡信号,是否对应着某种特定的物理模式,比如与表面态狄拉克锥相关的量子极限行为或者某种磁致拓扑相变的临界涨落……”
张诚尽量用平实的语言描述着自己的想法,避免使用过于数学化的术语,但核心思路清晰可见——用数学工具作为“探针”
和“过滤器”
,去剖析复杂的实验数据,揭示其背后可能隐藏的物理机制。
王思远起初有些不以为然,但听着听着,脸上的敷衍之色渐渐褪去,取而代之的是一丝惊讶和思索。
张诚
