基礎研究出成果慢且有很強的不確定性，可一旦有成果，就可能產生顛覆性影響。做基礎研究需有甘坐“冷板凳”的精神，要持之以恒。如何發現和設計性能優異的量子材料？這是北京理工大學教授、物理學院院長姚裕貴鉆研了20多年的問題，但他卻說“直到今天也才略懂皮毛”。

撰文/記者 吉菁菁  編輯/丁林

在我國的江西九江盛產一種毛竹，這種竹子在最初的5年，生長似乎很慢，僅僅3-5厘米的高度，少有人注意。但在地下看不見的地方，竹子的根系卻在努力地生長，每公頃竹林根系的總長度甚至能達2.4萬多公里。憑借龐大堅實的根須系統，在第六年的雨季，毛竹的生長速度得以一飛沖天——僅僅半個月左右的時間，高度就能接近30米。

毛竹生長的故事和基礎研究對科研體系中創新與突破的重要作用，可以說是異曲同工。

科學家在進行基礎研究時，需要花費很多時間來探索基本規律、原理和現象。這意味著他們常常走的是他人從未走過的路，解決的往往是從無到有的問題。而這些努力可能并不會立刻產生顯著成果，就像竹子最初幾年看起來沒有什么變化一樣。但正如毛竹在第六年突然蓬勃生長，只要打牢了基礎研究的“地基”，更多的科技創新就會涌現，更易迎來“平地起高樓”的爆發式突破。

北京理工大學物理學院的院長姚裕貴，就是一位像毛竹一樣深扎基礎研究三十余載的物理學家。他長期致力于凝聚態物理、計算物理和材料物理領域，在量子反?；魻栃?、硅烯、石墨烯、拓撲材料與物性等多個方向上，均取得了一系列重大的突破性成果。2018年至2022年，他連續入選全球“高被引科學家”名單，榮獲國家自然科學獎、教育部自然科學獎、北京市自然科學獎等獎項。

“頂天立地”做科研，服務國家重大需求

在外行人看來枯燥艱深的領域，姚裕貴卻始終幾十年如一日地樂此不疲。談及初心，姚裕貴表示是出于熱愛：“我從小喜歡數學也喜歡物理，數學像是道邏輯題，最終的結果是確定的，無非是正確或錯誤；物理卻是門猜測的學問，每向前邁出一步，都是一個無限逼近真理的過程?！彼麨檫@種猜測和追逐的過程深深著迷。

高考時，姚裕貴順利考上了天津南開大學物理系，“大學四年里，我把圖書館中只要和物理沾邊的書，基本上都找來看了一遍?！倍?，暢游學海的姚裕貴，又先后攻讀了中國科學院上海光學精密機械研究所的光學碩士和中國科學院力學研究所的力學博士。

也正是在這一時段，姚裕貴意識到，相比更偏工程和技術的光學及力學方向，自己更想去探索事物現象背后的物理機理，真正想研究的是自然現象中的底層物理邏輯。

1999年，姚裕貴進入中國科學院科物理研究所博士后流動站，正式開啟了計算物理和凝聚態物理的基礎研究之路。

2001年，姚裕貴前往美國德州大學奧斯汀分校物理系從事博士后研究，開始深入研究鐵磁材料中的反?；魻栃?。反?；魻栃擅绹锢韺W家霍爾在1888年提出，是磁性材料中最基本的輸運現象之一，它不僅是諸多低功耗量子效應的物理原型，也是拓撲量子物態的重要基石。100多年以來，許多國際上著名的科學家對此進行了大量的研究工作，但都未能通過完整的理論體系和定量的方法對實驗結果做出令人信服的結論。

面對這樣一個物理界的百年難題，雖然沒人做成過，僅僅因為“之前的工作有一定的基礎”，姚裕貴決定去啃這塊“硬骨頭”。他選擇了一個該領域“前無古人”的全新研究方法，通過編寫一個程序來計算反?；魻栃??！罢f實話那兩年我的壓力還是非常大的，基礎研究需要在無數個不確定中去捕捉到確定的規律，也沒有前人經驗可以借鑒，當時完全不知道我們到底會不會把它完成?！?/p>

在之前，科學家們通常認為反?；魻栃怯赏庠谏⑸錂C制引起，而忽略內稟的貝里相位機制。所謂貝里相位效應，是指在光學或電子學等領域中，光或電子在循環絕熱傳播過程中積累的相位變化現象?？梢院唵蔚叵胂鬄楣饣螂娮釉诓牧现械膫鞑ゾ拖窈嫔系牟ɡ藗鞑?，隨著波浪的傳播波的相位也相應變化，類似地，光或電子在材料中傳播時，材料性質也會對其產生影響，也會像湖面的波浪一樣有相位的改變。

經歷了無數個難忘的日日夜夜，2004年，姚裕貴和研究團隊顛覆了當時學界數十年來對反?；魻栃巴庠跈C制占主導，內稟機制不重要”的傳統看法，創造性地將貝里相效應融入到第一性原理計算中，率先在國際上發展了反常輸運物理量的第一性原理計算方法，定量地研究了反?；魻栃谢谪惱锵嗟膬确A機制，指出了內稟機制的重要性，實質性地推動了反?；魻栃芯康陌l展。該工作單篇引用達627次，并被國際上多個實驗組驗證。關于反常輸運的部分成果更被寫進了國外主流教科書，姚裕貴也因此成為該領域開拓者之一。

兩年多的時間，就解決了物理界的“百年難題”，但姚裕貴卻說，做科研不能依賴什么“靈光一現”，靠得住的只有“博觀約取”和“厚積薄發”。

憑借著孜孜不倦的學習和探索精神，他引領了硅烯等二維拓撲材料的研究，所提出的理論模型被冠名；完成了三維晶體中準粒子的分類并建立了百科，為搜尋和實現相關演生粒子提供理論指導。同時，他還堅持做有用的物理，服務國家的重大需求，通過發展含能材料能量釋放性能及感度快速檢測技術，填補了相關國防領域技術空白。

“立德樹人”育英才 ，讓更多人愛上物理

相比起科技工作者的身份，姚裕貴同樣投入巨大時間和精力的身份是老師?！盎A研究的‘地基’是人才，我們當務之急是在建設好基礎學科的同時，加強培養基礎研究的頂尖人才?！?/p>

在學生們眼里，姚老師每天都笑呵呵的，有著用不完的旺盛精力?？此扑刻煸缟?點會騎自行車出現在校園，但“每天早上6點多就能準時收到姚老師回復的工作郵件，說明他在那之前就已經起來工作了”。

2018級博士生曹晉近日獲得研究生國家獎學金，他還記得剛到學校時，每晚22點半才走，“當時以為自己很勤奮”，但后來發現姚老師每天23點半才下班，而且下班后還會雷打不動去學生辦公室關心當天的科研進展，“這讓我感到慚愧，后續也以老師為榜樣，對自己要求更嚴了”。

盡管科研和行政工作都非常繁忙，但姚裕貴卻始終把和學生的交流擺在第一位。組會是他和學生交流的重要平臺，每個學生都知道，在姚裕貴的心中，課題組重要組會的優先級幾乎是所有事情中最高的。有時開組會他顧不上吃飯，就直接拎著一個餡餅和一瓶礦泉水邊聽邊吃?！耙蠋熯M入科研狀態時非常專注，我們發言后，他會事無巨細地提問，從宏觀物理圖像到具體技術的細枝末節，都會一一展開溝通?！?/p>

姚裕貴認為做科研最重要就是提問，他經常鼓勵學生們“多看文獻、多提問題”。由于自身的多學科背景，他也非常注重學科交叉融合，常請外部其他學科專家來授課，以激發學生的創新精神。2016級博士生張閏午現在已經是物理學院副教授了，“姚老師對自己非常節儉，但他對學生和科研卻非常大方，給學生配最好的筆記本電腦，盡力協調提供最大的科研資源支持?！?/p>

桃李不言,下自成蹊，如今，姚裕貴培養的學生大多進入高?；蜓芯克ぷ?，獻身前沿科技和基礎人才的后續培養事業。在姚裕貴的帶領下，2022年，北京理工大學物理學也入選國家“雙一流”建設學科，物理學院2018年還獲批立項“先進光電量子結構設計與測量”教育部重點實驗室，參與建設教育部“高能量物質”前沿科學中心，承擔了國家重大研究計劃、國家重大儀器專項。但姚裕貴同時還在考慮，如何讓更多人愛上物理。

“科技創新和科學普及是實現創新發展的兩翼。我希望通過物理學科普，提升全民科學素質，讓民眾理解物理學家的工作，更吸引到優秀人才?！睘榇?，姚裕貴一直推動北京理工大學物理學院作為全國科普教育基地的建設。作為院長他親自掛帥，擔任科普基地主任，充分利用學院優質教學資源，組織了一支擁有高漲科學傳播事業熱情和扎實專業基礎的科學傳播團隊，打造了“天地之美 萬物之理”物理公眾科學日特色品牌，助力科學技術在公眾中的普及和推廣。迄今為止，北京理工大學物理學院科普基地已舉辦各類公益講座百余場，服務線上線下公眾200多萬人次。

堅守為舵，創新為帆

今年以來，姚裕貴帶領課題組在面內反?；魻栃?、非線性拓撲力學超材料、二維材料中光學拓撲性調控新機理、Kagome超導等方向相繼取得了重大進展。在計算物理和凝聚態物理的汪洋上，他以堅守為舵，創新為帆，繼續遠航。

“基礎研究確實是要坐住坐穩‘冷板凳’，需要持之以恒的耐心及毅力，才能有真正的進步和創新。今后幾年，我希望能夠找到更好更優的量子材料，在領域取得更大突破，解決一些實際的問題?！?/p>

2023年5月，在北京市委宣傳部、市科協等部門組織開展的遴選活動中，姚裕貴被評為北京“最美科技工作者”，同月還獲評“北京市有突出貢獻的科學、技術、管理人才”。7月，他又榮獲了三年評選一次的首批“北京市先進科技工作者”稱號。

面對榮譽，姚裕貴謙虛而樸實地說：“得獎有些意外，也感到非常榮幸。未來希望能鼓勵更多的人投身于基礎研究和物理學，希望通過我們的努力，鼓勵和引領更多年輕人勇闖科學探索‘無人區’，為加快實現我國高水平科技自立自強、推進中國式現代化不斷作出新貢獻?！?/p>

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