求索理論物理的前沿領(lǐng)域——記北京師范大學(xué)物理學(xué)系教授寇謖鵬

本刊記者 高慧娟

在很多人眼里，基礎(chǔ)物理科研教學(xué)第一線的工作枯燥而艱難，讓人難以產(chǎn)生興趣，而北京師范大學(xué)物理學(xué)系教授寇謖鵬卻興趣盎然地躬耕在這一領(lǐng)域，多年的治學(xué)研究之路，他一步一個腳印，走得從容，行得坦然，從來沒有停止過前進(jìn)的征程。因為他深知，科研之路何其修遠(yuǎn)，惟有“上下而求索”。

人物篇——興趣使然躬耕物理

1994年7月畢業(yè)于南京大學(xué)物理系；1999年在中科院物理所獲博士學(xué)位；1999年9月至2001年7月在清華大學(xué)高等研究中心完成博士后研究工作；2001年起在北京師范大學(xué)任教。

這就是寇謖鵬的求學(xué)、治學(xué)之路：水到渠成、充實而不平庸。早在青少年時期，寇謖鵬就對物理產(chǎn)生了濃厚的興趣，對科研發(fā)自心底的熱愛。當(dāng)時，物理學(xué)在國內(nèi)很有影響力，全國到處都在宣傳像李政道、楊振寧這些獲得諾貝爾獎的華裔物理學(xué)家，國內(nèi)很多優(yōu)秀學(xué)生在大學(xué)階段都選擇了攻讀物理，寇謖鵬也是其中之一。但是，他的選擇卻并非跟風(fēng)的盲目之舉，而是基于發(fā)自心底的對物理學(xué)科的熱愛，他說，“只有真正的興趣使然，才會深入的、耐得住寂寞的鉆研學(xué)問”。

也正是由于興趣使然，寇謖鵬學(xué)習(xí)刻苦、成績優(yōu)異，在中國科學(xué)院物理研究所攻讀博士學(xué)位期間，他被評為中國科學(xué)院研究生院優(yōu)秀研究生，曾獲得中國科學(xué)院院長獎學(xué)金優(yōu)秀獎。

1999年，寇謖鵬進(jìn)入清華大學(xué)高等研究中心做博士后研究工作，那里有世界一流大學(xué)的研究模式和條件，有寬松自由的學(xué)術(shù)環(huán)境，在那里，寇謖鵬結(jié)識了當(dāng)今華人物理界的眾多精英，采訪中他就反復(fù)提及翁征宇、文小剛等人的名字，稱贊他們在物理研究中的杰出成就。和眾多大師級的人物近距離的接觸，也增加了他們之間合作的機(jī)會。2004年，寇謖鵬作為北京師范大學(xué)物理學(xué)科學(xué)術(shù)帶頭人的培養(yǎng)對象，在“杰出青年學(xué)者數(shù)學(xué)物理研修項目”資助下被派往美國麻省理工學(xué)院研修，合作導(dǎo)師就是文小剛教授。

刻苦求索，玉汝于成。多年來，寇謖鵬始終瞄準(zhǔn)理論物理的前沿尖端方向做研究，他的研究領(lǐng)域涉及強(qiáng)關(guān)聯(lián)電子系統(tǒng)、高溫超導(dǎo)理論、介觀物理、量子場論、拓?fù)湫蚝屯負(fù)淞孔佑嬎愕?。至今，他已在?qiáng)關(guān)聯(lián)電子系統(tǒng)、高溫超導(dǎo)體機(jī)制、拓?fù)淞孔討B(tài)等研究領(lǐng)域中取得了若干創(chuàng)造性的成果，在國際國內(nèi)重要期刊發(fā)表論文60余篇，其中美國物理評論快報 (PRL) 3篇、美國物理評論 (PR) 27篇、歐洲物理快報 (EPL) 3篇。目前主持國家自然科學(xué)基金一項,科技部973項目量子調(diào)控子項目兩項，主持博士點(diǎn)基金（博導(dǎo)類）一項，國內(nèi)、國際學(xué)術(shù)會議邀請報告近二十余次。并擔(dān)任美國物理評論快報、美國物理評論、中國科學(xué)、中國物理、理論物理通訊、物理學(xué)報、物理學(xué)前沿等國際、國內(nèi)雜志審稿人。

科研篇——瞄準(zhǔn)前沿發(fā)展尖端

一心做學(xué)問、專注自己有興趣的領(lǐng)域，也使寇謖鵬得到了同行的認(rèn)可，入選教育部“新世紀(jì)優(yōu)秀人才支持計劃”并獲得第十三屆茅以升北京青年科技獎。以下是他的代表性成果：

在拓?fù)湫虻姆诸惣巴負(fù)淞孔酉嘧冄芯恐校l(fā)現(xiàn)了一類二維Z2拓?fù)鋽?shù)，可以利用這種新的拓?fù)鋽?shù)對拓?fù)湫?、拓?fù)涑瑢?dǎo)進(jìn)行分類，另外，還發(fā)現(xiàn)Z2拓?fù)湫蚩梢杂蒑utual-Chern-Simons場論描述，包括拓?fù)浜啿?、手征邊緣態(tài)等。獲得完整的有效理論可以使得我們很方便的描述拓?fù)湫虻牡湍芪锢硇袨?。還利用分?jǐn)?shù)量子霍爾態(tài)中的hierarchy theory提出了Mutual Chern-Simons Landau-Ginzburg方法，得到了一類拓?fù)湫蛄孔酉嘧兊钠者m性原理。還運(yùn)用對偶方法得到了基于自旋模型的Z2拓?fù)湫虻牧孔酉嘧兊囊恍﹪?yán)格結(jié)果，通過引入了閉弦算符描述該相變，發(fā)現(xiàn)這類量子相變開弦和閉弦的對偶關(guān)系。

在拓?fù)淞孔佑嬎阒校岢隽艘环N新的拓?fù)淞孔佑嬎惴桨?，通過控制拓?fù)湫蚧鶓B(tài)的量子隧道效應(yīng)進(jìn)行拓?fù)淞孔佑嬎?，解決了如何控制拓?fù)湫蚧鶓B(tài)的難題。為此系統(tǒng)化的研究了拓?fù)湫虻牧孔铀淼佬?yīng)，在此基礎(chǔ)上進(jìn)一步提出更適合進(jìn)行拓?fù)淞孔佑嬎愕谋砻娲a的拓?fù)淞孔佑嬎惴桨?，該工作被多個虛擬網(wǎng)絡(luò)雜志多次選錄。

在相互作用電子系統(tǒng)中的新奇量子態(tài)領(lǐng)域，系統(tǒng)化的研究了一類關(guān)聯(lián)費(fèi)米系統(tǒng)：Nodal絕緣體。這是在六角格子或π-磁通格子中的相互作用電子系統(tǒng)。發(fā)現(xiàn)在金屬絕緣體轉(zhuǎn)變附近可能存在一種新的物態(tài)：nodal自旋液體，一種具有自旋旋轉(zhuǎn)對稱性、又有空間平移對稱性的非磁絕緣體。發(fā)現(xiàn)其中的拓?fù)湓ぐl(fā)是無質(zhì)量的費(fèi)米激發(fā)，存在電荷自旋分離現(xiàn)象。相關(guān)工作作為“Review article”被邀請寫入Nova Science Publishers 的新書“Insulators: Types,Properties and Uses”。另外，基于關(guān)聯(lián)拓?fù)浣^緣體，從理論上預(yù)言了可能存在的三種新奇量子態(tài)：手征自旋液體、拓?fù)渥孕芏炔?、?fù)合自旋液體。其中，復(fù)合自旋液體態(tài)不同于已知的所有自旋液體，其元激發(fā)為電子和skyrmion拓?fù)浼ぐl(fā)的復(fù)合體，沒有自旋電荷分離。

在高溫超導(dǎo)體的拓?fù)淅碚擃I(lǐng)域，從高溫超導(dǎo)體的微觀模型出發(fā)，得到了一個有效場論模型。利用隨機(jī)重整化群技術(shù)研究了高溫超導(dǎo)體絕緣體—超導(dǎo)轉(zhuǎn)變的物理機(jī)制，發(fā)現(xiàn)該轉(zhuǎn)變的物理本質(zhì)是一個量子臨界點(diǎn)，在該量子臨界點(diǎn)發(fā)生對偶禁閉退禁閉轉(zhuǎn)變。并在此基礎(chǔ)上解釋了高溫超導(dǎo)體中條紋相不穩(wěn)定性的起源。另外，從低能有效場論出發(fā)，預(yù)言在贗能隙區(qū)，在外加電磁場的情況下，高溫超導(dǎo)體存在守恒的無耗散自旋流。

樹人篇——用心育人凝練隊伍

人才培養(yǎng)方面，寇謖鵬每年講授本科生基礎(chǔ)課“電磁學(xué)”將前沿知識融入教學(xué)中，取得了很好的教學(xué)效果，同時指導(dǎo)了十多個本科畢業(yè)論文和兩個本科生校級科研基金項目。另外參與教學(xué)改革：主持校級精品課“電磁學(xué)”，還參與北京市精品課“固體物理”和北師大“電磁學(xué)網(wǎng)絡(luò)課程”的建設(shè)。因此，他于2006年獲得北京師范大學(xué)勵耘獎優(yōu)秀青年教師獎二等獎，2007年獲得北京市教育創(chuàng)新標(biāo)兵。

大學(xué)教育是高層次的教育，寇謖鵬講課不僅重視系統(tǒng)性、清晰性和層次性，更重要的是在教學(xué)中獨(dú)具匠心，采用“滲透現(xiàn)代物理前沿”的教學(xué)模式，創(chuàng)新人才培養(yǎng)模式。滲透現(xiàn)代前沿的教學(xué)模式關(guān)鍵在于采取理論學(xué)習(xí)和科研相結(jié)合的方式，使學(xué)生進(jìn)行“有目的”的學(xué)習(xí)。面對一年級的本科生他大膽介紹物理專業(yè)國內(nèi)外發(fā)展的最新動態(tài)，讓學(xué)生不僅了解物理的過去、現(xiàn)在而且可以暢想未來。通過生動的多媒體課件直觀地介紹，充分發(fā)揮老師的主導(dǎo)作用和學(xué)生的主動性。他認(rèn)為物理教學(xué)應(yīng)開闊而非僵化學(xué)生的思維。現(xiàn)代物理的思想與方法滲透于日常教學(xué)中，讓學(xué)生盡可能多地接觸學(xué)科前沿，開闊學(xué)生視野，激發(fā)學(xué)生興趣，并啟發(fā)他們學(xué)會如何“發(fā)現(xiàn)”物理問題，分析問題，討論解決問題，有利于激發(fā)創(chuàng)造性。

實踐證明滲透前沿物理教育在大學(xué)物理教學(xué)中具有重要意義。他的課程建議思想活躍的同學(xué)可以撰寫小論文，每學(xué)期都有大部分本科生交小論文，根據(jù)情況計算平時成績。由于對物理學(xué)濃厚的興趣，部分大三、大四的學(xué)生也經(jīng)常參加他課題組每周的小組討論會。

寇謖鵬也很重視演示實驗，學(xué)生對實驗現(xiàn)象的好奇會更加激發(fā)學(xué)習(xí)興趣，更加喜歡物理。做自己喜歡的事，就會產(chǎn)生靈感?？苤q鵬講課也很注意和學(xué)生課堂互動，他的課程受到廣大學(xué)生的歡迎和好評！