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刘正猷:看潮起潮落,听声抑声扬
发布时间:2018-08-02 08:29  作者:彭馨玉  来源:武汉大学报社  访问次数:

实习生:彭馨玉

上至宇宙星空,下至基本粒子,物理学看起来深不可测,却又与我们的生活息息相关。作为物理学研究对象之一的声,对我们来说再熟悉不过了,它们是鸟鸣、是雨声,是言语、是音乐……一个没有声音的世界太寂寥了。

近日,我们“收听”到了来自武汉大学物理科学与技术学院刘正猷团队的“喜讯”,他们最新研究成果连续在Physical Review LettersPRL,《物理评论快报》)和Nature(《自然》)发表,让我们对声的本性又有了新的认识。


声应气求,精干团队从零起

小巧精干,是刘正猷团队最为鲜明的特点。三名老师,不到十名博士,两套实验仪器,几间实验室,构成了团队的“家”。

团队的创立还要从2000年说起。刘正猷在香港科技大学访问期间与合作者发表一篇Science(《科学》)论文,开辟了声学超材料的新领域,是声学人工结构领域的重要进展。2001年,刘正猷来到武汉大学任教。彼时,声学人工结构研究在内地刚刚起步,开拓这一领域需要理论研究和实验研究的有效结合,需要有实验室。在学校的大力支持和学生们的共同努力下,到2004年底,一个拥有先进计算平台和声场测量设备的人工结构实验室基本建成。

“这个团队及实验室是刘老师一手打造起来的,一开始的时候挺艰难的。”柯满竹说。她是刘正猷的第一届博士生,毕业后留校,成为刘正猷团队的第一位成员。最初,由于实验室场地限制,实验设备只能分散放在楼上楼下不同的房间,有时设备使用繁忙时,一些公用仪器需要搬上搬下,很不方便。实验室搬到新楼后,这一状况才得以改变。

“我们是一个性价比很高的团队,也非常高效。”团队的年轻教授邱春印笑着说。他和柯满竹一样,都曾师从刘正猷。之所以能够把从前的学生聚集在身边,同时又能高效调动学生的科研积极性,离不开刘正猷的团队领导力和他的个人魅力。

刘正猷一贯低调,不习惯宣传自己和团队,一般也很少主动去招揽学生。柯满竹提起,有一次她做好了团队的资料,想以展板形式适当地在院里宣传一下。刘正猷得知后,立马让她撤回了展板。

在科学研究方面,刘正猷注重适时调整并给出团队一段时间的研究和发展方向。鼓励学生自由探索,随时为学生解疑答惑,在团队内形成师生互动、学生互助的良好氛围。课题组也注重组织集体活动,提高同学们的团队意识,丰富大家的生活。科研上严谨求实、生活中团结向上,每个人都在团队中都有归属感。很多同学在毕业多年后,仍然说起在课题组的几年是他们最快乐和怀念的一段时光。


大道无声,埋头苦干出实绩

经过前几年的建设,加上师生们在领域前沿的苦干,刘正猷团队很快便产出令国际同行注目的研究成果,2006年以武大为第一单位在PRL上发表1篇论文,2007年更是以武大为第一单位在PRL上连续发表2篇论文。该团队也成为声学人工结构研究领域国际领先的几个课题组之一。

截至目前,刘正猷及团队已发表学术论文200余篇,其中包括Science(《科学》)、Nature(《自然》)、Nature Physics(《自然物理学》)、PRL等顶级期刊17篇;Google scholar数据显示,论文总引用超过1万次,单篇最高引用超过2400次,同时多次被Nature Physics(《自然物理学》)、PhysicsWeb(物理网站)、Physics World(《物理学世界》)等权威学术期刊以及学术媒体作为研究亮点进行专题报道。

刘正猷对研究方向的总体把握和对研究热点的前瞻使得团队在学界颇受好评。2014年以来,刘正猷团队对二维声子晶体中线性狄拉克锥的存在性及性质进行了系统的研究。随后,他们发现,当系统的对称性破坏时,狄拉克锥演化为能谷,为操控声场提供新自由度。能谷态具有新颖的涡旋特性,是一种拓扑态,携带角动量,可用于物体的无接触式操控。紧接着,他们理论提出并实验观察到声谷涡旋态反转诱发的、受拓扑保护的、单向传输的边缘态。而在双层声子晶体系统中,谷边缘态变得更丰富多彩。这些研究成果相继发表在3篇PRL和1篇Nature Physics(自然物理学)上。

最近,团队进一步将声谷态引入到非厄密体系,发现谷涡旋态和谷边缘态在传输过程中不仅会随着时间衰减,还会出现增强的行为,研究成果再次发表在PRL上。当具有狄拉克锥的二维声子晶体以某种方式堆成三维结构时,体系中可以存在所谓拓扑保护的外尔点,而在三维结构的表面上存在所谓费米弧表面态。刘正猷团队首次观察到这种外尔点及表面态,并观察到表面态新颖的受拓扑保护的负折射现象,研究结果发表在Nature Physics(《自然物理学》,1篇)和最近的Nature(《自然》,1篇)上。

由于拓扑声子晶体具有宏观尺寸,易于设计和制备,拓扑效应明显,是非常有前景的拓扑材料。基于拓扑边缘及表面态优异的抗散射特性,可预期其在声集成通信等方面具有潜在应用,实现低能耗、高信噪比等。


“声”入骨髓,专注求精是纯粹

当被问起什么吸引着刘正猷一直从事物理学的研究时,他谦逊地笑了笑:“也谈不上什么原因,从小喜欢物理,上大学选择了学物理,一路走下来,研究物理自然而然就成了自己的职业。想变也难了。”

在刘正猷看来,物理学不仅仅是日常生活的一部分,更是他整个学术生涯最亲密的伙伴。乐此不疲的兴趣和求知欲,孜孜不倦的钻研和追求,构筑了他的事业之旅。

“刘老师是一个非常纯粹的科研人,最大的爱好就是思考物理问题,节假日在办公室继续工作是家常便饭。”柯满竹说,“他常说起,他有时晚上思考问题,越思考越清醒,乃至整晚都睡不着。”

求知探索之路对研究者来说并非总能一帆风顺。在研究过程中会遇到一个又一个困难。“研究其实就是在通往目标的道路上,解决一个又一个难题,科学研究的乐趣也在于此。做研究与解习题有类似之处,都是为了解决问题,找到答案。不同之处是,习题的答案是已知的,而待研究的问题,一开始是没有答案的,我们不知道结果。”刘正猷说。

而谈及当代大学生的兴趣与学习的矛盾,刘正猷表示,不论学生是否喜欢他们当前所就读的专业,也不论他们毕业后是否从事与当前所学相关的工作,至少就当前而言,他们还是应该努力学好自己的专业。这叫脚踏实地,反映个人素质。具有这种素质不论从事什么工作都能踏踏实实,一心一意,做出成绩。相反,眼高手低、好高骛远、三心二意都是缺乏职业精神的表现。


“声”生不息,言传身教为师道

谈起老师,学生们是这样说的。

“刘老师为了引导我,可谓费尽了口舌。”博士生蔡翔曦主要从事理论研究。对物理有着浓厚兴趣的他同时也有着强烈的个性。每当开始一个新的课题时,他总要追根溯源,想穷尽所有相关文献,弄清所有相关理论,这样一发就不可收,花了大量时间,最后却忘记了自己的出发点。为了引导他成为一位合格的研究工作者,刘正猷多次找他交谈,每次都是几个小时以上,手把手教他科研之道,肯定他的长处,并分析不足。刘正猷告诉他,做科研要懂得有“放”有“收”。“放”就是课题研究背景及相关知识的了解和学习,这方面他做得很好,但重要的是得“收”,即时刻要记着返回到课题本身,动手研究,“放”的目的是为了“收”。现在,他成了一名很优秀的研究生。

邱春印印象最深刻的是老师的随和:“他不太在乎个人得失。同时他也很尊重学生的选择,如果课题组有学生想出去交流,他会毫无保留地给予支持。”

2014级博士范喜迎是课题组里的实验主力,2016年在老师的支持下去香港科技大学交流了一年。说起第一次见刘正猷的情景,她仍然历历在目:“第一次和刘老师见面的时候很紧张,怕自己显得太无知。没想到老师并没有问一些给人压力的问题,而是一直在关心我的生活,让人感觉很轻松。”

已毕业的学生们大多都在继续从事相关专业的工作,并且和刘正猷保持着密切地联系。“我们师门有个特点,学生即使毕业多年,仍然和老师关系紧密,经常请教学术问题。我虽然现在已经出来工作很多了,但在刘老师面前我仍然是学生,有不懂的问题会去问他。”柯满竹说,“在其他单位就职的学生,只要科研上遇到问题,总会第一时间想到导师。老师让我们学生觉得心里很踏实。”

“老师要为学生做榜样,努力工作,跟他们一起分析、解决问题。科研过程,就是一个老师和学生互相学习、一起往前走的过程。” 谈起师生关系,刘正猷如是说。

(摄影:曹海钢  编辑:陈丽霞 舒佩)

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