基于文獻(xiàn)計(jì)量的開創(chuàng)引領(lǐng)性科技成果評(píng)價(jià)*
——以固體中的新奇費(fèi)米子研究為例

謝 黎 陶 誠 張?jiān)馒?陳云偉**， 張志強(qiáng)

（1.中國科學(xué)院成都文獻(xiàn)情報(bào)中心，成都610041；2.中國科學(xué)院發(fā)展規(guī)劃局，北京100864）

1 引言

黨十九大報(bào)告提出，中國要加快建設(shè)創(chuàng)新型國家，要瞄準(zhǔn)世界科技前沿，強(qiáng)化基礎(chǔ)研究，實(shí)現(xiàn)前瞻性基礎(chǔ)研究、引領(lǐng)性原創(chuàng)成果重大突破。隨著全球科技創(chuàng)新突破蓄勢待發(fā)、國家間科技競爭加劇、各國經(jīng)濟(jì)轉(zhuǎn)型持續(xù)發(fā)展對(duì)科技創(chuàng)新應(yīng)用依賴日益加深，世界各國紛紛謀求在科技創(chuàng)新發(fā)展方面占得先機(jī)。

近年來，我國的科技進(jìn)步有目共睹，基礎(chǔ)研究加速趕超，戰(zhàn)略高技術(shù)持續(xù)突破，科技創(chuàng)新對(duì)經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展的支撐引領(lǐng)作用日益明顯［1］，開創(chuàng)性研究成果不斷涌現(xiàn)。2018年2月，科技部在京發(fā)布了“2017年度中國科學(xué)十大進(jìn)展”，“墨子號(hào)”衛(wèi)星實(shí)現(xiàn)千公里級(jí)量子糾纏分發(fā)、首次探測到雙粲重子、實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)三重簡并費(fèi)米子等成果紛紛入圍。

但是，衡量中國科技的國際地位，需要更全面的審度和更客觀的證據(jù)，科技管理人員與科研人員也需對(duì)自身科研成果在國際上的水平與地位有更清晰、更準(zhǔn)確的認(rèn)識(shí)。為此，本文從文獻(xiàn)計(jì)量學(xué)的角度，以新奇費(fèi)米子研究為例，利用客觀數(shù)據(jù)來分析我國重大科技進(jìn)展是否確實(shí)發(fā)揮了開創(chuàng)作用，是否引領(lǐng)了新的方向。

選擇新奇費(fèi)米子作為實(shí)證分析對(duì)象的原因在于，我國中科院物理研究所近幾年在新奇費(fèi)米子研究領(lǐng)域持續(xù)取得突破。幾乎同一時(shí)間段，中科院物理所團(tuán)隊(duì)、普林斯頓大學(xué)團(tuán)隊(duì)和麻省理工學(xué)院團(tuán)隊(duì)分別獨(dú)立在固體中發(fā)現(xiàn)了外爾費(fèi)米子，相關(guān)研究成果2015年7月分別發(fā)表在Physical Review X和Science上。這一發(fā)現(xiàn)入選美國物理學(xué)會(huì)評(píng)選的“2015年國際物理學(xué)八大亮點(diǎn)”、英國物理學(xué)會(huì)評(píng)選的“2015年物理世界十大突破”。中科院物理所團(tuán)隊(duì)的工作入選“2015年中國科學(xué)十大進(jìn)展”和“2015年中國十大科技進(jìn)展新聞”，并于2018年1月入選美國物理學(xué)會(huì)（APS）“物理評(píng)論”系列期刊125周年紀(jì)念論文集收錄的“對(duì)物理學(xué)產(chǎn)生重要影響的49項(xiàng)突破性研究工作”，是唯一入選的來自中國本土的工作。

隨后，打破常規(guī)分類的三重簡并費(fèi)米子于2017年6月被中科院物理所團(tuán)隊(duì)首次觀測到，這是科學(xué)家首次在實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)三重簡并費(fèi)米子。該成果于2017年6月19日在線發(fā)表在 Nature上，并入選中科院2017年度科技創(chuàng)新亮點(diǎn)成果，被兩院院士評(píng)選為2017年中國十大科技進(jìn)展新聞。

由此可見，我國中科院物理所的費(fèi)米子研究取得的開創(chuàng)性成果獲得了學(xué)界普遍認(rèn)可，選擇該領(lǐng)域開展評(píng)價(jià)研究，可以真實(shí)反映我國開創(chuàng)性研究成果起到的引領(lǐng)性作用。

2 國內(nèi)外相關(guān)研究進(jìn)展

盡管科學(xué)交流模式不斷推陳出新，同行評(píng)議一直是科學(xué)評(píng)價(jià)實(shí)踐首選的量度工具。2015年發(fā)布的《萊頓宣言》也反映了基于同行評(píng)價(jià)的定性評(píng)估不可動(dòng)搖的主導(dǎo)地位［2］。但定性評(píng)估也存在一些無法適應(yīng)科學(xué)發(fā)展新模式的問題，如主觀性強(qiáng)、易形成學(xué)術(shù)壁壘、易被操縱等［3］，因此，學(xué)界一直沒有放棄對(duì)新評(píng)估方法的探索［4］。進(jìn)入二十世紀(jì)后，文獻(xiàn)計(jì)量學(xué)逐漸興起，并以其客觀公正性成為科研評(píng)價(jià)的重要手段。

總體而言，國內(nèi)外文獻(xiàn)計(jì)量方法在評(píng)估領(lǐng)域的應(yīng)用主要以機(jī)構(gòu)、學(xué)科、期刊、研究組、個(gè)人為評(píng)估對(duì)象，評(píng)估內(nèi)容以學(xué)術(shù)競爭力、影響力、創(chuàng)造力、生產(chǎn)力為主。

以文獻(xiàn)計(jì)量方法為基礎(chǔ)，吳愛芝［5］整合分析多角度、多渠道數(shù)據(jù)，形成一套針對(duì)高校開展學(xué)科競爭力評(píng)價(jià)的方法和報(bào)告模式；趙飛［6］對(duì)高校科研競爭力展開評(píng)價(jià)；孫秀菊［7］以 SCI和 JCR數(shù)據(jù)庫為基礎(chǔ)，對(duì)河北工程大學(xué)發(fā)表的SCI論文在次年的影響力進(jìn)行評(píng)估；任全娥［8］采用三類文獻(xiàn)計(jì)量指標(biāo)（學(xué)術(shù)性指標(biāo)、專業(yè)性指標(biāo)與輻射性指標(biāo)）對(duì)出版社的整體學(xué)術(shù)影響力、分學(xué)科影響力與跨學(xué)科輻射力開展了實(shí)證研究；王軍輝［9］對(duì)科學(xué)創(chuàng)造力進(jìn)行了評(píng)價(jià)。

國際上，Song［10］提取 PubMed Central全文引用數(shù)據(jù)對(duì)生物信息學(xué)領(lǐng)域的生產(chǎn)力和影響力進(jìn)行了全面和深入的文獻(xiàn)計(jì)量分析，其中生產(chǎn)力通過最具生產(chǎn)力的作者、國家、組織和主題領(lǐng)域來衡量，影響力通過高被引論文、作者、明星研究員和領(lǐng)導(dǎo)性組織機(jī)構(gòu)來衡量。Onyancha［11］使用谷歌學(xué)術(shù)，通過引文分析對(duì)撒哈拉以南非洲圖書館和信息科學(xué)期刊進(jìn)行分析評(píng)價(jià)。Reyes-Gonzalez［12］采用知識(shí)腳印，基于后向引用對(duì)研究組的表現(xiàn)和生產(chǎn)力進(jìn)行了測量和比較，并通過對(duì)墨西哥物理學(xué)、應(yīng)用物理學(xué)/凝聚態(tài)物質(zhì)/材料科學(xué)和光學(xué)領(lǐng)先機(jī)構(gòu)的研究組排名來驗(yàn)證方法的有效性。Sandstrom［13］采用引文分析，基于文獻(xiàn)耦合的研究脈絡(luò)梳理提出了一種基于文獻(xiàn)計(jì)量的個(gè)人評(píng)估方法，并被用于皇家理工學(xué)院2008年秋季的科研評(píng)估。Sidiropoulos［14］設(shè)計(jì)了完美主義指數(shù)，從影響力和生產(chǎn)力兩個(gè)角度識(shí)別出具有影響力的科學(xué)家和高產(chǎn)科學(xué)家。Thelwall［15］則使用統(tǒng)計(jì)分布來檢驗(yàn)引文指標(biāo)評(píng)估對(duì)學(xué)術(shù)成果的適用性。Guo［16］利用文獻(xiàn)計(jì)量方法和異構(gòu)數(shù)據(jù)（包括教科書引用、論文引文、學(xué)位論文引文，以及期刊引用）識(shí)別學(xué)術(shù)研究領(lǐng)域的重要先驅(qū)和里程碑事件，提出了推薦諾貝爾獎(jiǎng)候選人的幾種方法和公式，設(shè)計(jì)的新指標(biāo)包括先驅(qū)論文影響因子、流行的古典論文影響因子、特定領(lǐng)域的排序因子、開創(chuàng)性的作者影響因子以及頻繁引用的作者影響因子等。

不可避免，文獻(xiàn)計(jì)量評(píng)估也有其自身的問題，學(xué)界對(duì)計(jì)量方法/指標(biāo)的改良與優(yōu)化研究從未停歇。從最新趨勢來看，文獻(xiàn)計(jì)量評(píng)估指標(biāo)設(shè)計(jì)已充分考慮“質(zhì)量”問題，如美國華盛頓大學(xué)研制的期刊特征因子會(huì)根據(jù)引文質(zhì)量賦予不同的權(quán)重［17］。評(píng)價(jià)對(duì)象則拓展至更細(xì)的顆粒度，如單篇論文，甚至聚焦到論文中的實(shí)體［18］。另一方面，綜合考慮不同評(píng)價(jià)維度（如期刊、論文、作者等）間相互影響和關(guān)聯(lián)的集成化評(píng)價(jià)也已出現(xiàn)［19］。

3 思路與方法

從現(xiàn)有研究來看，用文獻(xiàn)計(jì)量方法對(duì)科研評(píng)估的內(nèi)容主要集中在生產(chǎn)力、競爭力、影響力、創(chuàng)造力等方面，鮮有針對(duì)科研成果開創(chuàng)引領(lǐng)性的評(píng)價(jià)。同時(shí)，也沒有從領(lǐng)域、機(jī)構(gòu)、具體成果等不同維度來綜合評(píng)價(jià)成果開創(chuàng)引領(lǐng)性的研究。本文旨在從領(lǐng)域研究熱度、機(jī)構(gòu)研究實(shí)力、具體成果影響力三個(gè)方面展開評(píng)價(jià)。方法的構(gòu)建主要基于以下考量：

首先，可稱之為開創(chuàng)引領(lǐng)性的成果，所屬的領(lǐng)域方向應(yīng)該是引起國際學(xué)術(shù)界普遍關(guān)注的問題，因此，本文基于領(lǐng)域研究趨勢分析，從宏觀層面評(píng)估開創(chuàng)引領(lǐng)性成果所屬領(lǐng)域方向的研究熱度。其次，通過開創(chuàng)引領(lǐng)性成果所屬領(lǐng)域的主研機(jī)構(gòu)的競爭力對(duì)比分析，可以對(duì)成果所屬團(tuán)隊(duì)的研究實(shí)力做出評(píng)估，這一中觀層面的分析是團(tuán)隊(duì)長期耕耘的實(shí)力體現(xiàn)。最后，基于引文分析，從微觀層面以具體的研究成果論文作為分析對(duì)象，細(xì)粒度對(duì)比分析核心成果的國際影響力。

4 實(shí)證研究

本研究數(shù)據(jù)來源選取Web of Science核心集，以主題檢索為入口，時(shí)間跨度不限，文獻(xiàn)類型不限，通過對(duì)關(guān)鍵檢索詞的邏輯組配、通配、位置限定及噪音排除分別構(gòu)建檢索策略，數(shù)據(jù)檢索時(shí)間為2018年2月8日。

4.1 固體中新奇費(fèi)米子研究增長態(tài)勢顯著

組成宇宙的基本粒子包括費(fèi)米子和玻色子。其中，費(fèi)米子是構(gòu)成物質(zhì)的原材料，而玻色子傳遞作用力。現(xiàn)有理論認(rèn)為，宇宙中或存在三種類型的費(fèi)米子：狄拉克（Dirac）費(fèi)米子（四重簡并）、外爾（Weyl）費(fèi)米子（兩重簡并）和馬約拉納（Majorana）費(fèi)米子。近年來，拓?fù)湮飸B(tài)的發(fā)展使得這些費(fèi)米子的準(zhǔn)粒子可以在固體中被發(fā)現(xiàn)，從而為研究其行為和發(fā)現(xiàn)更多新奇費(fèi)米子開辟了新途徑。2017年中科院物理所團(tuán)隊(duì)繼發(fā)現(xiàn)外爾費(fèi)米子之后，又發(fā)現(xiàn)了一種突破以上傳統(tǒng)分類的新型費(fèi)米子——三重簡并費(fèi)米子。從圖1可見，近年來國際費(fèi)米子研究論文增長態(tài)勢迅猛，表明費(fèi)米子研究屬前沿?zé)狳c(diǎn)領(lǐng)域。

狄拉克費(fèi)米子是一種反粒子與自身不同的費(fèi)米子，電子、質(zhì)子、中子都是狄拉克費(fèi)米子。

外爾費(fèi)米子的概念由德國科學(xué)家外爾（H.Weyl）在1929年提出，但一直沒有被粒子物理實(shí)驗(yàn)所發(fā)現(xiàn)。外爾費(fèi)米子是一種無質(zhì)量（即線性色散）費(fèi)米子，可以分為左旋和右旋兩種不同手性。支撐外爾費(fèi)米子的固體材料——外爾半金屬能實(shí)現(xiàn)低能耗電子傳輸，有望解決當(dāng)前電子器件小型化和多功能化所面臨的能耗問題。同時(shí)，外爾費(fèi)米子受到拓?fù)浔Ｗo(hù)，對(duì)外部微小擾動(dòng)不敏感，可以用來實(shí)現(xiàn)高容錯(cuò)的拓?fù)淞孔佑?jì)算。

馬約拉納費(fèi)米子是指反粒子就是它本身的一種費(fèi)米子，由意大利物理學(xué)家埃托雷·馬約拉納（Ettore Majorana）于1937年提出，同樣一直沒有被粒子物理實(shí)驗(yàn)所發(fā)現(xiàn)。2017年7月，加州大學(xué)洛杉磯分校和斯坦福大學(xué)研究團(tuán)隊(duì)提出強(qiáng)有力證據(jù)證明固體中存在該粒子的準(zhǔn)粒子并將之命名為“天使粒子”。馬約拉納費(fèi)米子具有不同于狄拉克和外爾費(fèi)米子的統(tǒng)計(jì)性質(zhì)，可用于量子信息編碼，且有拓?fù)浞€(wěn)定性，可用于高容錯(cuò)拓?fù)淞孔佑?jì)算機(jī)。

圖1 費(fèi)米子研究論文發(fā)展態(tài)勢Fig.1 Global trends of fermions research

三重簡并費(fèi)米子超出常規(guī)的狄拉克-外爾-馬約拉納分類，將狄拉克和外爾費(fèi)米子分別歸因于四和二折退化點(diǎn)。其發(fā)現(xiàn)對(duì)探索基本粒子性質(zhì)、了解電子拓?fù)湮飸B(tài)，進(jìn)而開發(fā)新型電子設(shè)備具有重要意義，也為固體材料中電子拓?fù)鋺B(tài)研究開辟了新方向。

4.2 費(fèi)米子研究論文機(jī)構(gòu)比較

在國際研究機(jī)構(gòu)（研究單元）中，中科院物理所在狄拉克、外爾費(fèi)米子、三重簡并費(fèi)米子方面的研究論文數(shù)量均處于全球第一位置，有關(guān)馬約拉納費(fèi)米子研究論文數(shù)量位居第四（圖2）。值得一提的是，我國高校在該研究領(lǐng)域的科研產(chǎn)出也不容小覷，特別是北京大學(xué)和清華大學(xué)，都有上佳表現(xiàn)。此外，在外爾費(fèi)米子方面表現(xiàn)突出的還有量子物質(zhì)協(xié)同中心，該中心在狄拉克、外爾費(fèi)米子、三重簡并費(fèi)米子論文產(chǎn)出前十中均榜上有名，全稱“量子物質(zhì)科學(xué)協(xié)同創(chuàng)新中心”，成立于2012年8月1日，由北京大學(xué)、清華大學(xué)和中國科學(xué)院物理研究所（“兩校一所”）聯(lián)合啟動(dòng)，位列 “2011計(jì)劃”首批認(rèn)定名單首位，也是首個(gè)由高校和科研院所聯(lián)合培育創(chuàng)建的協(xié)同創(chuàng)新中心。在本次檢索結(jié)果中，該中心50%以上所著論文與物理所同時(shí)署名。

4.3 外爾費(fèi)米子研究成果影響力比較

由圖1可見，外爾費(fèi)米子論文數(shù)從2015年開始快速增長，2015年也是有關(guān)發(fā)現(xiàn)外爾費(fèi)米子的3篇論文的發(fā)表年。這3篇核心論文分別來自中科院物理所、普林斯頓大學(xué)、麻省理工學(xué)院：

1）Lv B Q，Weng H M，F(xiàn)u B B，et al.Experimental Discovery of Weyl Semimetal TaAs.PHYSICAL REVIEW X，2015，5（3）：031013.（中科院物理所論文）

2）Xu S Y，Belopolski I，Alidoust N，et al.Discovery of a Weyl fermion semimetal and topological Fermi arcs.SCIENCE，2015，349（6248）：613-617.（普林斯頓大學(xué)論文）

3）Lu L，Wang Z Y，Ye DX，et al.Experimental observation of Weyl points.SCIENCE，2015，349（6248）：622-624.（麻省理工學(xué)院論文）

中科院物理所團(tuán)隊(duì)和普林斯頓大學(xué)團(tuán)隊(duì)的研究從理論、材料、數(shù)據(jù)到實(shí)驗(yàn)幾乎完全一樣，均成功在外爾半金屬材料TaAs晶體中發(fā)現(xiàn)了外爾費(fèi)米子。麻省理工學(xué)院的研究團(tuán)隊(duì)則在光子晶體中觀測到了外爾費(fèi)米子的行為（外爾玻色子）。

國際學(xué)術(shù)界和權(quán)威媒體均認(rèn)可這3個(gè)相互獨(dú)立團(tuán)隊(duì)的貢獻(xiàn)。英國物理學(xué)會(huì)新聞網(wǎng)站“物理世界”于2015年12月公布的“2015年度國際物理學(xué)領(lǐng)域的十項(xiàng)重大突破”［20］，以及美國物理學(xué)會(huì)于2015年12月公布的“2015年國際物理學(xué)八大亮點(diǎn)”［21］列出外爾費(fèi)米子這一重大突破時(shí)，均同時(shí)提及普林斯頓大學(xué)、麻省理工學(xué)院和中科院三個(gè)獨(dú)立團(tuán)隊(duì)的工作。2017年日本仁科紀(jì)念財(cái)團(tuán)將“仁科亞洲獎(jiǎng)”頒發(fā)給中科院物理所研究人員，以表彰其“在發(fā)現(xiàn)外爾半金屬中的理論貢獻(xiàn)”。

下面從這三篇文章的被引情況，來比較各自的影響力。

1）施引主流期刊分析

從這3篇核心論文的施引文獻(xiàn)來源期刊分布情況來看，Physical Review B、Physical Review Letters、Nature Communications、Scientific Reports等期刊均引用了這3篇核心論文，且3篇論文主要施引期刊及所占份額基本相同（圖3）。也就是說，在所刊論文質(zhì)量總體一致的前提下，3篇論文的主要施引文獻(xiàn)總體質(zhì)量相近。

圖3 引用3篇核心文章的TOP10期刊Fig.3 Top 10 journals that cite the 3 core papers

圖4 引用3篇核心文章的TOP10國家/地區(qū)Fig.4 Top 10 countries/regions that cite the 3 core papers

2）施引國家分析

截至2018年2月10日，3篇核心論文被中、美、德、日等多國引用，中科院物理所論文被引651次，普林斯頓大學(xué)論文和麻省理工論文分別被引774次和237次。從具體施引文獻(xiàn)來看，來自中國的跟隨者最多，美國其次，德國第三（圖4）。3篇核心論文的跟隨者來源國家情況基本一致，沒有顯著不同。

3）施引機(jī)構(gòu)分析

從3篇核心論文施引文獻(xiàn)的來源機(jī)構(gòu)分布情況來看（圖5），前兩位均為中科院和量子物質(zhì)協(xié)同中心，普林斯頓大學(xué)位居第三位。

4）同被引分析

事實(shí)上，這3篇核心論文，特別是中科院物理所和普林斯頓的兩篇文章的施引文獻(xiàn)存在很大程度的重疊，即存在高度同被引情況，中科院物理所與普林斯頓的兩篇文章同被引占比超過3/4（圖 6）。

圖5 引用3篇核心文章的TOP10機(jī)構(gòu)Fig.5 Top 10 institutions that cite the 3 core papers

圖6 同被引情況統(tǒng)計(jì)Fig.6 Co-citations of the 3 articles

5 結(jié)果與建議

綜上所述，中科院物理所團(tuán)隊(duì)對(duì)固體中新奇費(fèi)米子的研究根基深厚且全面均衡，有實(shí)力獨(dú)立開展從理論預(yù)言、樣品制備到實(shí)驗(yàn)觀測的全過程研究，在狄拉克費(fèi)米子、外爾費(fèi)米子、三從簡并費(fèi)米子領(lǐng)域的成果在國際范圍內(nèi)均處于領(lǐng)先地位。其中關(guān)于外爾費(fèi)米子的論文，不僅獲得了美國物理學(xué)會(huì)和英國物理學(xué)會(huì)等權(quán)威組織認(rèn)可，而且與普林斯頓大學(xué)論文一起同被引占比超過3/4，跟隨者的國家分布、機(jī)構(gòu)分布、期刊分布均高度一致，在發(fā)現(xiàn)外爾費(fèi)米子這一開創(chuàng)性工作方面，與普林斯頓大學(xué)團(tuán)隊(duì)、麻省理工學(xué)院團(tuán)隊(duì)共同領(lǐng)跑。

鑒于我國科研實(shí)力的不斷提高，及躋身國際科研強(qiáng)國隊(duì)列的實(shí)際需求，建議加強(qiáng)國際前沿跟蹤，加大我國重要科技進(jìn)展監(jiān)測掃描，注重我國開創(chuàng)性研究方向和成果分析。針對(duì)我國年度科技創(chuàng)新亮點(diǎn)成果及年度科技進(jìn)展，開展專門分析，研判近年來其在國際上所處的地位、在國際上引起的跟蹤研究情況；對(duì)于尚無法通過文獻(xiàn)計(jì)量方法有效觀察的最新成果，開展實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)監(jiān)測跟蹤工作，為國家科技發(fā)展規(guī)劃提供依據(jù)。

致謝：在論文研究撰寫過程中，中國科學(xué)院物理研究所馮國星研究員對(duì)文稿提出了寶貴的意見和建議，特此致謝。