國家自然科學(xué)獎(jiǎng)二等獎(jiǎng)獲得者萬賢綱：做基礎(chǔ)研究就像摸黑行走
來源： 紫牛新聞
2026-07-08 15:33:00
拓?fù)湮飸B(tài)，一個(gè)曾三次斬獲諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)的前沿領(lǐng)域。2011年之前，全球?qū)W者都認(rèn)為它只存在于絕緣體材料中。直到南京大學(xué)物理學(xué)院教授萬賢綱和他的合作者，通過理論計(jì)算在一種磁性氧化物材料中預(yù)見了它的存在，并將其命名為“外爾半金屬”。
這個(gè)萬賢綱口中的“意外”，已引發(fā)長達(dá)10余年國際研究熱潮，相關(guān)論文被引用超過5600次，其中包括4位諾貝爾獎(jiǎng)得主、48位美國科學(xué)院院士和38位中國科學(xué)院院士的引用。7月8日，萬賢綱團(tuán)隊(duì)的“拓?fù)浒虢饘倮碚摵屯負(fù)洳牧嫌?jì)算預(yù)測”項(xiàng)目獲得2025年度國家自然科學(xué)獎(jiǎng)二等獎(jiǎng)，但萬賢綱本人談及獲獎(jiǎng)，說得最多的是“運(yùn)氣”和“意外”。他說，做研究的全部動(dòng)力，就是“享受物理世界”，“并不知道自己在做啥，也不知道會(huì)有什么結(jié)果”。而正是這份對(duì)未知的好奇，讓他完成了一次又一次的突破。
“很一般的期刊”上，發(fā)了篇里程碑論文
對(duì)于外爾半金屬研究產(chǎn)生的后續(xù)影響，萬賢綱坦言自己當(dāng)時(shí)“并沒有意識(shí)到”。
這篇首次提出“外爾半金屬”概念的論文，最初只是“發(fā)在一個(gè)凝聚態(tài)物理專業(yè)期刊，而不是Nature/Science這些頂刊”上。跟一般熱點(diǎn)研究不同，這是一個(gè)“非主流”的發(fā)現(xiàn)。
為什么說非主流？
此前近三十年，學(xué)界約定俗成地認(rèn)為，拓?fù)涫墙^緣體的“專利”。金屬導(dǎo)電，與拓?fù)渌璧哪芟督Y(jié)構(gòu)天然矛盾，那么拓?fù)湮飸B(tài)能不能存在于金屬中？
萬賢綱說，自己最初也認(rèn)為不能，當(dāng)時(shí)他研究的是燒綠石結(jié)構(gòu)的銥氧化物，一類同時(shí)具備強(qiáng)自旋軌道耦合和電子關(guān)聯(lián)效應(yīng)的材料。他好奇的是，這兩種效應(yīng)如果共存，會(huì)不會(huì)催生出全新的量子物態(tài)？他被這個(gè)問題吸引住了。
從2009年開始，他幾乎放下了所有其他課題，“一篇論文也沒有發(fā)過”。作為理論物理學(xué)家，他沒有實(shí)驗(yàn)室，每天就是坐在電腦前，反復(fù)推演和計(jì)算，“就是想搞清楚這種材料里究竟有什么，會(huì)有什么新奇的效應(yīng)”。近兩年時(shí)間里，他沒有預(yù)設(shè)目標(biāo)，只是順著研究結(jié)果往前走，“我也不知道會(huì)有什么結(jié)果”。
直到結(jié)果出來，他通過理論計(jì)算預(yù)言，這種復(fù)雜磁結(jié)構(gòu)的銥氧化物，可能正是理論物理中“外爾費(fèi)米子”在凝聚態(tài)材料中的對(duì)應(yīng)物。他們將這類材料命名為“外爾半金屬”。
“完全是意外?！彼f，“一輩子遇不到幾個(gè)意外?！?/p>
而這篇看似“非主流”的論文，后來被《物理評(píng)論B》評(píng)選為創(chuàng)刊50周年的“里程碑”論文。
萬賢綱說，這也要感謝學(xué)校，“南大物理不問‘你發(fā)了什么好文章’?！彼f，如果沒有這種不數(shù)論文的氛圍，“大家一定會(huì)去追熱點(diǎn)，也就不會(huì)有那個(gè)‘非主流’的發(fā)現(xiàn)了?！?/p>
從“意外”到“必然”
發(fā)現(xiàn)新物態(tài)后，一個(gè)更實(shí)際的問題擺在面前：怎么找到更多這類材料？傳統(tǒng)方法判定拓?fù)湫再|(zhì)，需要處理復(fù)雜的數(shù)學(xué)計(jì)算和波函數(shù)“規(guī)范選取”難題，效率極低。人們一個(gè)一個(gè)去碰，結(jié)果就是普遍認(rèn)為“拓?fù)洳牧戏浅Ｉ佟薄?/p>
“過去人們?cè)趺醋觯繎{經(jīng)驗(yàn)和物理直覺，懷疑哪個(gè)材料可能有拓?fù)湫再|(zhì)，就一個(gè)一個(gè)去判斷?！比f賢綱說，“效率很低，所以此前大家都認(rèn)為拓?fù)洳牧戏浅Ｉ?。?/p>
萬賢綱換了個(gè)思路。從對(duì)稱性這一基本物理性質(zhì)出發(fā)，發(fā)展了一套新的高效判定方法，成功規(guī)避了以往的計(jì)算瓶頸。
如果說“外爾半金屬”的發(fā)現(xiàn)帶著運(yùn)氣的成分，那這一項(xiàng)工作依靠的是多年的積累。萬賢綱多年深耕這一方向，從空間群、磁空間群到自旋群，他精通于這些理論框架。
利用這套方法，他們對(duì)所有已知非磁晶體材料進(jìn)行了系統(tǒng)“篩查”，發(fā)現(xiàn)近一半都具有拓?fù)湫再|(zhì)，最終預(yù)測出10897種拓?fù)洳牧?，并從中挑選出近千個(gè)最有可能被應(yīng)用的體系，建立了免費(fèi)開放的數(shù)據(jù)庫，供全球科學(xué)家參考和研究。
這項(xiàng)成果于2019年發(fā)表于國際頂尖學(xué)術(shù)期刊《自然》正刊。同期《自然》還刊登了中科院物理所和普林斯頓大學(xué)團(tuán)隊(duì)的兩項(xiàng)獨(dú)立工作，三個(gè)研究團(tuán)隊(duì)在同一天發(fā)表了相關(guān)成果?！蹲匀弧肪庉嫴看饲耙浴缎路f材料的寶庫使物理學(xué)家興奮不已》為題對(duì)這項(xiàng)研究做了高度評(píng)價(jià)，指出“使得新奇的拓?fù)洮F(xiàn)象離應(yīng)用更近了一步，或可引發(fā)電子學(xué)和催化學(xué)等方向的革命”。
中國科學(xué)院院士邢定鈺評(píng)價(jià)說，過去找拓?fù)洳牧虾帽取坝敏~鉤釣魚”，一個(gè)一個(gè)去試；而萬賢綱團(tuán)隊(duì)的方法好比“用漁網(wǎng)捕撈”，拓?fù)洳牧匣驇斓慕?，“將使未來的研究不必像以前那樣大海撈針”?019年，該成果入選“中國十大科技進(jìn)展新聞”。
“我不會(huì)申請(qǐng)專利，也不會(huì)搞應(yīng)用”
有了拓?fù)洳牧蠋?，拓?fù)洳牧涎芯繌拇诉M(jìn)入了一個(gè)全新的階段。面對(duì)這樣一項(xiàng)重大的成果，萬賢綱依然保持著一貫的謹(jǐn)慎：“我們做理論只能預(yù)言。至于它是不是‘好’的拓?fù)洳牧?，那是另一回事，還要實(shí)驗(yàn)去驗(yàn)證。”
拓?fù)浒虢饘僭诶碚撋虾苓m合做存儲(chǔ)器件，但當(dāng)記者問起應(yīng)用前景時(shí)，他也保持一貫的坦率：“我還真不知道，因?yàn)槟遣皇俏业谋拘小！彼f，自己不會(huì)申請(qǐng)專利，也不會(huì)搞應(yīng)用，發(fā)現(xiàn)材料之后，合成、制備、應(yīng)用，那需要化學(xué)家、材料學(xué)家、工程師的參與。
這大概就是“坐冷板凳”的樣子。作為江蘇省政協(xié)委員，他曾在兩會(huì)期間建議，要鼓勵(lì)青年人“坐冷板凳”，瞄準(zhǔn)國際上最好的科學(xué)問題進(jìn)行攻關(guān)，通過經(jīng)費(fèi)支持和職稱晉升解決后顧之憂。他認(rèn)為，如果過于在意研究結(jié)果、追求轉(zhuǎn)化效益，反倒很難做出真正具有“開創(chuàng)性”的科研成果。
獲獎(jiǎng)之后，萬賢綱反復(fù)提及“運(yùn)氣”和“意外”，強(qiáng)調(diào)基礎(chǔ)研究靠的是長期積累，以及在過程中對(duì)物理世界的純粹好奇。他也特別感謝江蘇省科技廳的支持，“提名讓我們有了被看見的機(jī)會(huì)”。
這趟始于好奇心的探索之旅，仍在繼續(xù)。萬賢綱入選“新基石研究員項(xiàng)目”，獲得長期穩(wěn)定支持，繼續(xù)深耕自由探索。團(tuán)隊(duì)正在沿著“對(duì)稱性”這條主線，將理論框架從非磁材料拓展到磁性材料體系，構(gòu)建包含超過51萬個(gè)磁空間群不可約表示矩陣及對(duì)應(yīng)低能模型的數(shù)據(jù)庫?！白龌A(chǔ)理論研究就像摸黑行走，很長一段時(shí)間你都不知道要往哪走，也不知道能不能抵達(dá)那個(gè)結(jié)果?！彼x擇的不是一條快路，而是一條自己想走的路。
揚(yáng)子晚報(bào)/紫牛新聞?dòng)浾?楊甜子
校對(duì) 陶善工