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[八九点钟]科技的征途是星辰大海

陈愉暄/浙江省杭州学军中学

2022-09/总第318期

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英才计划,梦开始的地方

我是个物理迷,从小就对宇宙万物的奥秘充满好奇和热情,对了解自然奥秘有着无法抑制的渴望。走进书店,我的眼光永远会被科普书籍吸引,书中呈现的美妙世界让我如痴如醉。

2020年11月,浙江省科协工作人员和浙江大学教授带来的一场关于英才计划的宣讲会,将我心中的热爱点燃了。我立即报名参加了英才计划的选拔,并顺利地通过了笔试、面试,如愿加入了2021年英才计划,成为浙江大学物理学科学员,在袁辉球教授的指导下开始接触前沿科学,开展学习探究。


开启课题研究的兴趣之门

袁辉球教授用一场别开生面的磁悬浮超导实验,揭开了物理小组学习的序幕。这个实验采用的超导体为钇钡铜氧高温超导体,展现了超导体的完全抗磁性。在磁体轨道上,超导材料可以悬浮,与单纯的电磁力不同,这种悬浮没有表现出固定的“平衡位置”,并且可以不同角度悬浮于磁体轨道的上面和下面。在充满趣味的实验中,我对超导体及其奇特的性质产生了浓厚的兴趣,就此开启了课题研究的大门。

开展前沿科技的学习探究,对理论知识的储备量要求很高。因为有参加物理竞赛的经历,我具备一些大学普通物理学的基础,但这些还远远不够。袁教授鼓励我加入大学生学习小组,每周六上午都有团队的教师授课,帮助学生提升前沿理论知识水平。学习小组使用《牛津固体物理学基础》(The Oxford Solid State Basics)和《超导简介》(Superconductivity: A Very Short Introduction)2本书作为教材。教师在课堂上深入浅出地讲述了晶胞的基本形态和变式,介绍了相变、声子、电子结构、能隙、重费米子、超导、磁性等基本知识,这些课程丰富了我的知识结构,提升了我的思维深度。


课题探究过程是物理之美的真实体验

袁教授告诉我,物理的理论学习与实验学习是密不可分的,一定要多到实验室去学习,去动手,亲身感受物质在实验过程中逐渐转变的过程,那才是物理之美的真实体现。在袁教授和学长苏杭博士的带领和鼓励下,我开始尝试合成新的超导材料。

寻找新材料的过程并非一帆风顺。暑假期间,我开始大量阅读论文,最终选定了拥有众多超导材料的Heusler家族展开研究。最初,我的目标是Half-Heusler材料HfPdSn,这是一个非中心对称超导体,据推测拥有拓扑结构,这种神秘的性质让我非常兴奋。但是,在不断的合成、退火、检测过程中,材料总是存在大量杂质,难以进行有效的分析。在学长的指点下,我尝试分离杂质中的中心对称Heusler超导体HfPd2Sn。功夫不负有心人,HfPd2Sn在展示超导性质的同时还表现出结构相变。在Heusler家族中,同结构的化合物乃至超导材料特别多,但是报道结构相变的几乎没有,所以就显得格外特殊。连续几个月,我为这个课题绞尽脑汁,查阅各类参考文献、不停地跑实验室,为一个数据的相图反复思索,为超导材料应如何更好地制备、提纯冥思苦想,为如何将课题相关的理论知识更好地阐述清楚反复斟酌。在此期间,袁教授和学长不厌其烦地为我答疑解惑,很多交流经常是在半夜甚至凌晨进行。


陈愉暄

2021级英才计划物理学科学员

就读于浙江省杭州学军中学,师从浙江大学物理系袁辉球教授。在英才计划培养期间,完成研究课题“Discovery of superconductivity and structural phase transition in Heusler Compound HfPd2Sn”,入围2022年中国科协青少年国际科技交流项目冬令营。2021年,获得美国普林斯顿大学物理竞赛(PUPC)全球荣誉奖(全球第11名)、中国区第3名;英国物理奥赛(BPHO)全球金奖;加拿大滑铁卢牛顿物理竞赛(SIN)全球TOP150;美国高中数学竞赛(AMC12)全球优秀奖、晋级AIME;第17届浙江省青少年电脑机器人竞赛(VEX机器人工程挑战赛)亚军等奖项。


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