张立源
■ 深圳特区报记者 韩文嘉
上周末，南方科技大学物理系副教授张立源和他团队的几名成员与往常一样出现在办公室。从张立源的办公室可以看出它主人的某些特性——写满了演算公式的白板，来了客人才被清理掉的隔夜咖啡，台面上有两个显示屏，其中一个屏幕被独特地竖起来，这可能是学者们的特有用法：他们需要在电脑上看大量论文，竖屏更方便。
我们的话题正是从论文开始。张立源团队联合中科大团队最近发表了一篇重要的文章，登上了国际顶尖学术期刊《自然》，首次从实验上证实了三维量子霍尔效应的存在。为了这一成果，张立源与他的团队已经奋斗了4年，这一过程被他形容为“挖矿”，“认准目标就要坚持，踏实走好每一步，可能就会换来科学的慷慨馈赠。”
破解困扰物理学界32年的难题
走进张立源主持的介观物理实验室，来自韩国的博士后曹昌佑正在操作一台低温超导磁体，张立源过去问了一下实验进展，叮嘱了几句。就是在这个不起眼的地方，他和团队成员们用4年的时间，将三维量子霍尔效应从预言变成了现实，让这个困扰物理学界32年的难题，终于有了解答。
1987年，著名物理学家、哈佛大学教授伯特兰·霍尔柏林从理论上预言了三维量子霍尔效应的存在和它的测量特征。但这一效应的验证需要达到所谓的极端量子极限条件，这个条件异常苛刻，使得这一研究多年来基本处于停滞状态。
2014年加入南方科技大学之后，张立源随即组建了团队，着手对此开展研究。其中，材料的选择非常重要。张立源采用了高品质的五碲化锆（ZrTe5）晶体，“一开始还选用了另外几种材料，但做着做着就发现 ZrTe5这种材料最理想，因为样品的纯度超高，所以当施加有限的磁场的时候，就会让所有的电子进入同一量子极限态，而在过去，如何在实验上达到这个条件可能是我们没法想象的。”
实验的次数已经无法计算，有时一个星期、甚至一个月才能观测到结果，而且大多数时候都是以失败告终。“科学就是一种反复试验的过程，我们做实验就是要发现问题、解决问题。”如果结果不理想，他们就会考虑可能的原因：比如材料的品质是否好、测量时会不会有周边的信号影响，器件是不是没做好，等等。整个科研历程就是不断发现问题、逐个改进的过程，最终才能一步步接近成功。
实验的每一个环节都要做到极致
关于量子极限态下的三维量子霍尔效应的实验已经开展了很长一段时间，但始终没有找到突破口。当时团队也有些迷茫。
“做研究就像挖矿一样，可能在挖到矿之前，有很长一段时间看不到任何苗头。”张立源说。
张立源没有放弃，而是继续严格要求，鼓励团队注重细节，完善实验。“我对实验过程非常严格，要求他们把每一步都要做到极致，我跟学生们常说，如果每一步都打点折扣、差以毫厘，那最终的结果就会谬之千里。”他们花了很多精力去提高ZrTe5材料的实验测量和品质，让实验的结果能够更加精准。
有一天，在分析一组常规的实验数据时，张立源突然意识到，两个看似独立的参数居然有直接的关联，而这是两个独立的参数对应关系，这一课题的重大发现，完美给出了“三维量子霍尔效应”的产生机理。于是，实验课题组立刻开展了一系列重复实验，在各种不同情境下观察这组数据的关系，终于成功验证了这个规律，这也成为他们研究取得突破性成果的关键。
张立源总是说，做课题，选题要从大处着眼，做实验要从小处着手。“课题目标要有一定的分量，格局不能太细小，但做实际工作却必须非常细致。”而且要对这个课题保持兴趣、保持兴奋，即使是遇到了“卡壳”的情况，也不会轻易放弃。“可能先放一放，过了一段时间，或许会有新的思路和方法蹦出来了。”
始终保持对科学的好奇心
在科研的同时，教学同样是张立源非常重要的工作。他如今给本科生上大学物理和固体光电子学两门课。虽然已经上了好几年，但他坦言，每次上课前仍非常紧张。“高校教师最本质的工作还是教书育人，必须把最好思维和最可靠的知识传授给学生，所以不能有一点懈怠。”
学术是一条漫长的道路。在他看来，找到自己在学术上的兴趣和信心很重要。他坦承，在读博之前，他读研、出国留学的过程都充满不确定性。在美国乔治亚理工大学读博的时候，他也修过计算机、电子工程等方面课程，也有过就业的念头。但随着学习和科研的深入，他发现自己最感兴趣的科研领域还是物理，最希望从事的还是学术工作。
“世界上的知识，你知道的越多，你所未知的也就越多。”事实上，张立源的研究方向一直都不拘于一个范围，从光学、功能材料、纳米器件的研究到凝聚态物理理论，他一直保持着对科学的好奇心。他的最新论文是关于电导量子化的，他对这项成果也非常有信心。“科学研究是不能急于求成的，我们所要做的就是一步一步扎实地开展自己的研究，结局自然会水到渠成。”
