基于文獻(xiàn)計量的凝聚態(tài)物理理論重要研究機構(gòu)分析*

呂鳳先 劉小平**，，2 趙 建，2

（1.中國科學(xué)院文獻(xiàn)情報中心，北京100190；2.中國科學(xué)院大學(xué)經(jīng)濟與管理學(xué)院圖書情報與檔案管理系，北京100190）

凝聚態(tài)物理學(xué)從微觀角度出發(fā)，研究由相互作用多粒子系統(tǒng)組成的凝聚態(tài)物質(zhì)的結(jié)構(gòu)和動力學(xué)過程及其與宏觀物理性質(zhì)的關(guān)系[1]，研究對象包含液體、固體、液晶、玻璃、溶膠、分子間距較小的稠密氣體等，這些材料可應(yīng)用于日常生活、工業(yè)生產(chǎn)、航空航天、信息、能源等多個領(lǐng)域[2]，具有重要的社會價值和戰(zhàn)略意義。

美國和歐盟等主要國家／組織重視凝聚態(tài)物理領(lǐng)域的研究。美國將其作為發(fā)展量子信息科學(xué)的重要基礎(chǔ)之一。美國能源部（Department of Energy，DOE）在量子信息科學(xué)資助計劃中對凝聚態(tài)物理進(jìn)行資助，還向量子材料研究中心提供資金資助凝聚態(tài)相關(guān)研究。在2019財年預(yù)算中，DOE在量子信息科學(xué)預(yù)算中，將“凝聚態(tài)物理和材料物理”子計劃的預(yù)算從2017財年的1.0億美元增加到1.2億美元，增長20%。歐盟若干促進(jìn)數(shù)字化單一市場的大型計劃中包含了凝聚態(tài)物理的研究內(nèi)容，例如，2017年發(fā)布的量子旗艦計劃與“地平線 2020”計劃。歐洲研究理事會（European Research Council，ERC）是歐盟基礎(chǔ)研究的主要資助機構(gòu)，2017—2019年，在凝聚態(tài)物理領(lǐng)域ERC資助了115個項目[3]。其中法國（20個）、英國（16個）、瑞士（16個）、德國（15個）獲資助的項目較多。法國獲資助項目數(shù)量占總項目數(shù)的17.4%，獲資助金額4510萬美元。英國將凝聚態(tài)物理-磁性和磁性材料作為發(fā)展材料科學(xué)的重要研究領(lǐng)域之一。2013年，英國工程與自然科學(xué)研究理事會（Engineering and Physical Sciences Research Council，EPSRC）發(fā)布材料科學(xué)報告，指出凝聚態(tài)物理-磁性和磁性材料是重要的發(fā)展材料科學(xué)的物理學(xué)研究領(lǐng)域之一。2017年英國皇家學(xué)會發(fā)布《磁學(xué)路線圖》，由領(lǐng)域?qū)＜覟樽宇I(lǐng)域制定了未來發(fā)展方向。EPSRC在凝聚態(tài)物理領(lǐng)域資助了電子結(jié)構(gòu)、磁和磁性材料兩個研究領(lǐng)域，依據(jù)EPSRC官網(wǎng)數(shù)據(jù)進(jìn)行的統(tǒng)計顯示，截至2019年底累計資助金額約3.3億美元。中國重視凝聚態(tài)物質(zhì)與新效應(yīng)、高溫超導(dǎo)技術(shù)的研究，在2006年2月發(fā)布的《國家中長期科學(xué)和技術(shù)發(fā)展規(guī)劃綱要（2006—2020年）》中，將高溫超導(dǎo)技術(shù)作為前沿技術(shù)之一，將凝聚態(tài)物質(zhì)與新效應(yīng)作為基礎(chǔ)研究的科學(xué)前沿問題之一。中國國家自然科學(xué)基金委員會（Natural Science Foundation of China，NSFC）資助范圍包含凝聚態(tài)物性：結(jié)構(gòu)、力學(xué)和熱學(xué)性質(zhì)，以及凝聚態(tài)物性：電子結(jié)構(gòu)、電學(xué)、磁學(xué)和光學(xué)性質(zhì)兩個類別，2009—2018年，資助金額約為7.7億元，其中，2017—2018年，累計資助金額約為0.6億元。

凝聚態(tài)物理在高溫超導(dǎo)、拓?fù)湮飸B(tài)領(lǐng)域取得了重要進(jìn)展。2020年10月，研究人員報道了在相當(dāng)于地心壓力3／4的環(huán)境下碳硫氫化物室溫（15℃）的超導(dǎo)電性[4]。美國、日本、中國、俄羅斯等國科學(xué)家發(fā)現(xiàn)了氧化鎳、Al-Zn-Mg準(zhǔn)晶體、Ba2CuO4-y[5]等超導(dǎo)材料，原理上闡明（氫化鑭、轉(zhuǎn)角石墨烯）等的超導(dǎo)現(xiàn)象。在拓?fù)湮飸B(tài)領(lǐng)域，繼1980年克勞斯·馮·克利欽（Klaus von Klitzing）教授在高質(zhì)量半導(dǎo)體界面中的二維電子氣里發(fā)現(xiàn)了量子霍爾效應(yīng)之后，拓?fù)湮飸B(tài)領(lǐng)域取得了系列進(jìn)展。1987年，哈佛大學(xué)從理論上預(yù)言了三維體系中可能存在三維量子霍爾效應(yīng)，并給出了它的物性特征。2005年，美國科學(xué)家凱恩（C.L.Kane）、張首晟等提出量子自旋霍爾效應(yīng)，開啟了拓?fù)浣^緣體研究。2010—2013年，中國科學(xué)院物理研究所（以下簡稱為物理所）、清華大學(xué)等機構(gòu)提出磁性離子摻雜拓?fù)浣^緣體薄膜以實現(xiàn)量子反?；魻栃?yīng)的方案，首次觀測到了量子反?；魻栃?yīng)。2013—2015年，物理所、牛津大學(xué)、普林斯頓大學(xué)等機構(gòu)通過理論預(yù)測和實驗測量，發(fā)現(xiàn)了狄拉克半金屬、外爾半金屬等拓?fù)浒虢饘袤w系，把拓?fù)湮飸B(tài)分類從絕緣體推廣到了金屬。2018年底，中國科學(xué)家觀測到基于外爾軌道的新型三維量子霍爾效應(yīng)。2019年，中國科學(xué)家與新加坡、美國的科學(xué)家合作，在五碲化鋯塊體單晶材料中首次觀測到三維量子霍爾效應(yīng)；中國、美國科學(xué)家設(shè)計自動化流程，在自然界中篩選出可能具有拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的材料。

本文將聚焦凝聚態(tài)物理理論研究方向，遴選出4個重要的研究機構(gòu)，并對其進(jìn)行深入的比較，由點及面，分析我國在該領(lǐng)域的發(fā)展?fàn)顩r。

1 凝聚態(tài)物理2010—2019年論文產(chǎn)出基本情況

采用文獻(xiàn)計量學(xué)方法對2010—2019年國際凝聚態(tài)物理研究論文進(jìn)行初步分析，展示該領(lǐng)域的國際發(fā)展態(tài)勢與整體發(fā)展?fàn)顩r。文獻(xiàn)數(shù)據(jù)來自美國信息科學(xué)研究所（Institute for Scientific Information，ISI）的科學(xué)引文索引擴展版（Science Citation Index Expanded，SCIE）數(shù)據(jù)庫，以 WC＝（Physics，Condensed Matter）作為檢索式，文獻(xiàn)類型為研究論文、學(xué)術(shù)會議論文、綜述和快報，數(shù)據(jù)采集時間為2020年3月17日。利用數(shù)據(jù)分析工具德溫特數(shù)據(jù)分析家（Derwent Data Analyzer，DDA）和可視化分析工具對檢索到的論文進(jìn)行計量分析。

2010—2019 年，全球共發(fā)表凝聚態(tài)物理相關(guān)論文294636篇。從圖1看，全球凝聚態(tài)物理的發(fā)文量總體保持穩(wěn)定增長趨勢，2019年的發(fā)文量是2010年的1.2倍。

圖1 2010—2019年凝聚態(tài)物理發(fā)文量年度變化趨勢Fig．1 Trends of the Number of Papers in Condensed Matter Physics in the World from 2010 to 2019

2010—2019 年，凝聚態(tài)物理領(lǐng)域研究發(fā)文量排名前10位的國家包括中國、美國、德國、日本、印度、韓國、俄羅斯、法國、英國、意大利（圖2）。發(fā)文量排名前10位的國家共發(fā)表論文281624篇，占凝聚態(tài)物理總發(fā)文量的95.58%。其中，中國在該領(lǐng)域的研究體量較大，其發(fā)文量占總發(fā)文量的25.68%，是排名第二位的美國發(fā)文量的1.4倍，表明中國在凝聚態(tài)物理領(lǐng)域的科研活動相當(dāng)活躍。

圖2 2010—2019年凝聚態(tài)物理發(fā)文量排名前10位的國家Fig．2 The Top 10 Countries in Condensed Matter Physics Based on the Number of Papers from 2010 to 2019

2 凝聚態(tài)物理理論研究重要機構(gòu)遴選與深入分析

基于Web of Science數(shù)據(jù)庫對凝聚態(tài)物理2010—2019年SCI論文的高被引論文的排名，鎖定了中國科學(xué)院、DOE、南洋理工大學(xué)、加州大學(xué)、清華大學(xué)、斯坦福大學(xué)、麻省理工學(xué)院（Massachusetts Institute of Technology，MIT）等機構(gòu)／系統(tǒng)。通過對中國科學(xué)院、加州大學(xué)系統(tǒng)內(nèi)的高被引論文進(jìn)行排序，并結(jié)合近年來凝聚態(tài)物理領(lǐng)域的重要進(jìn)展（物理所在高溫超導(dǎo)等領(lǐng)域獲得重要進(jìn)展，獲得2014—2015年度葉啟孫物理獎，2019年在拓?fù)淞孔硬牧虾Y選方面發(fā)表重要成果；加州大學(xué)伯克利分校在光子晶體領(lǐng)域獲得重要進(jìn)展，獲得2016年奧利弗.E巴克利獎），進(jìn)一步選擇了物理所和加州大學(xué)伯克利分校。根據(jù)這些機構(gòu)的凝聚態(tài)物理的學(xué)科部署方式，選擇了大部分機構(gòu)共同設(shè)置的凝聚態(tài)物理的理論研究的方向作為切入點，進(jìn)行機構(gòu)的深入對比分析。最后確定的研究機構(gòu)為物理所凝聚態(tài)理論與材料計算重點實驗室[6]、DOE阿貢國家實驗室材料科學(xué)部的凝聚態(tài)物質(zhì)理論研究組[7]、加州大學(xué)伯克利分校物理系的凝聚態(tài)物質(zhì)物理和材料科學(xué)的理論研究組[8]、MIT物理系的凝聚態(tài)物質(zhì)理論研究組[9]。

機構(gòu)的學(xué)術(shù)競爭能力分析主要基于上述選定機構(gòu)的核心科學(xué)家展開。數(shù)據(jù)包含核心科學(xué)家的論文數(shù)據(jù)和核心科學(xué)家的專業(yè)類別的數(shù)據(jù)?？茖W(xué)家的論文數(shù)據(jù)檢索自Web of Science的SCIE數(shù)據(jù)庫，論文發(fā)表時間為2010—2019年，文獻(xiàn)類型包含研究論文、學(xué)術(shù)會議論文、綜述、快報，檢索時間為2020年9月3日?？紤]到機構(gòu)內(nèi)部名字重復(fù)的可能性，采用人工校對的方式剔除了與核心科學(xué)家名字相同的非核心科學(xué)家的文獻(xiàn)，資助機構(gòu)的數(shù)據(jù)清洗以機構(gòu)的全稱和簡稱為關(guān)鍵詞進(jìn)行篩選。在機構(gòu)組織結(jié)構(gòu)與產(chǎn)出能力的基本情況、機構(gòu)的合作模式、資助機構(gòu)、機構(gòu)學(xué)術(shù)影響力4個維度建立了分析指標(biāo)，見表1。

表1 機構(gòu)比較分析指標(biāo)Tab．1 Comparative Analysis Index for Institutions

2.1 機構(gòu)組織結(jié)構(gòu)與產(chǎn)出能力基本情況分析

對4個機構(gòu)的核心科學(xué)家的數(shù)量、專業(yè)豐富程度、SCI論文產(chǎn)出進(jìn)行比較，以對4個機構(gòu)的組織結(jié)構(gòu)、產(chǎn)出能力的基本情況進(jìn)行分析。

物理所凝聚態(tài)理論與材料計算重點實驗室設(shè)立學(xué)術(shù)委員會、6個研究組、1個量子模擬科學(xué)中心，共計25名核心科學(xué)家（研究員和副研究員），是其他3個機構(gòu)的核心科學(xué)家平均數(shù)量的2倍多；核心科學(xué)家多為物理專業(yè)，也包含材料專業(yè)，SCI論文產(chǎn)出數(shù)量較多（852篇）。DOE阿貢國家實驗室材料科學(xué)部凝聚態(tài)物質(zhì)理論研究組的核心科學(xué)家9人（1名團(tuán)隊負(fù)責(zé)人、8名研究人員）；伯克利分校物理系凝聚態(tài)物質(zhì)物理和材料科學(xué)的理論研究組隸屬于物理系的凝聚態(tài)物質(zhì)物理和材料科學(xué)實驗室，有10位核心科學(xué)家，上述兩個機構(gòu)的核心科學(xué)家的專業(yè)包含了物理和數(shù)學(xué)。MIT物理系凝聚態(tài)物質(zhì)理論研究組有10位核心科學(xué)家（教職（Faculty）），專業(yè)種類較為豐富，除了物理、數(shù)學(xué)之外，還包含了化學(xué)、電氣工程，另外，人均SCI論文數(shù)量較多（57.9篇）。4個機構(gòu)的核心科學(xué)家的研究方向有共同聚焦的研究主題——低維凝聚態(tài)系統(tǒng)、納米材料物理性質(zhì)研究、量子材料與系統(tǒng)；也有側(cè)重點，較為明顯的是，MIT凝聚態(tài)物質(zhì)理論研究組的生物領(lǐng)域的交叉研究、軟凝聚態(tài)物質(zhì)的研究（表2）。

表2 核心科學(xué)家分析Tab．2 Analysis of Core Scientists

2.2 資助機構(gòu)分析

物理所凝聚態(tài)理論與材料計算重點實驗室的主要資助機構(gòu)是 NSFC、科技部（Ministry of Science and Technology of the People's Republic of China，MOST）和中國科學(xué)院（Chinese Academy of Sciences，CAS）。美國的3家機構(gòu)的主要資助機構(gòu)均包含DOE和美國國家科學(xué)基金會（National Science Foundation，NSF）。值得注意的是，私人基金會和軍方的資助也較大地促進(jìn)了研究成果的產(chǎn)出。西蒙斯基金會在伯克利凝聚態(tài)物質(zhì)物理和材料科學(xué)理論研究組的成果產(chǎn)出中，發(fā)揮了重要的作用。MIT凝聚態(tài)物質(zhì)理論研究組在士兵納米技術(shù)研究所的支持下，也產(chǎn)出了較多的文章（138篇）（表3）。

表3 論文資助機構(gòu)分析Tab．3 Analysis of Funding Institutions

2.3 合作模式分析

2.3.1 國際合作

對4個機構(gòu)的國際合作情況進(jìn)行比較，以分析其國際合作的廣度。

物理所凝聚態(tài)理論與材料計算重點實驗室的重要合作國家是美國，且其合作產(chǎn)出論文數(shù)量規(guī)模大（241篇），其次為日本（50篇）和德國（49篇）。阿貢材料科學(xué)部凝聚態(tài)物質(zhì)理論研究組與英國、法國合作產(chǎn)出論文數(shù)量較多，分別是35篇、32篇。伯克利凝聚態(tài)物質(zhì)物理和材料科學(xué)理論研究組、MIT凝聚態(tài)物質(zhì)理論研究組均與中國、以色列合作產(chǎn)出論文數(shù)量較多（均大于40篇），其中，MIT凝聚態(tài)物質(zhì)理論研究組和中國合作產(chǎn)出論文數(shù)量規(guī)模較大（111篇），另外，這兩個機構(gòu)還分別與德國和加拿大有較多合作，分別是50篇、57篇（表4）。

表4 4個機構(gòu)的TOP10合作國家——基于論文數(shù)量Tab．4 Top 10 Partner Countries of Four Institutions Based on Number of Papers

2.3.2 機構(gòu)合作

對4個機構(gòu)的機構(gòu)間合作進(jìn)行比較，以分析與世界著名研究機構(gòu)之間合作的廣度。

物理所凝聚態(tài)理論與材料計算重點實驗室主要依托物理所參與共建的重大項目、中科院大學(xué)進(jìn)行研究（見表5）。合作論文數(shù)量分別占凝聚態(tài)物理理論研究組核心科學(xué)家論文的27.3%和25.4%。值得一提的是，量子物質(zhì)科學(xué)協(xié)同創(chuàng)新中心是2012年由物理所和清華大學(xué)、北京大學(xué)聯(lián)合啟動的國家重大科研項目。松山湖材料實驗室也是物理所和東莞市政府、中國科學(xué)院高能物理研究所共建的廣東省省級實驗室，重點研究內(nèi)容為新材料和未來物質(zhì)科學(xué)。在國外合作機構(gòu)中，物理所與普渡大學(xué)保持著較為密切的合作，合作發(fā)表論文占核心科學(xué)家發(fā)表SCI論文總量的6.7%。

表5 物理所核心科學(xué)家的主要論文產(chǎn)出合作機構(gòu)Tab．5 Main Cooperation Institutions of Core Scientists in Institute of physics，CAS Based on Papers

阿貢實驗室和芝加哥大學(xué)、西北大學(xué)等保持著緊密的合作關(guān)系，另外，西北大學(xué)-阿貢聯(lián)合科學(xué)工程研究所是由阿貢實驗室與西北大學(xué)聯(lián)合建立的，合作產(chǎn)出論文27篇（表6）。

表6 阿貢材料科學(xué)部凝聚態(tài)物質(zhì)理論研究組核心科學(xué)家論文的主要合作機構(gòu)Tab．6 Main Cooperation Organizations of the Core Scientists of the Theoretical Research Group of Condensed Matter，Argonne Department of Materials Science Based on Papers

伯克利凝聚態(tài)物質(zhì)物理和材料科學(xué)理論研究組與勞倫斯伯克利國家實驗室和伯克利卡維能源納米科學(xué)研究所合作發(fā)表論文數(shù)量較多。這兩個機構(gòu)都設(shè)立在伯克利大學(xué)，但同時與其他機構(gòu)有著緊密的聯(lián)系。勞倫斯伯克利國家實驗室隸屬于DOE，由伯克利大學(xué)負(fù)責(zé)管理；卡夫利能源納米科學(xué)研究所—伯克利[11]由卡夫利基金會設(shè)立，獲得了卡夫利基金會、加州大學(xué)伯克利分校等機構(gòu)的資助（表7）。

表7 伯克利凝聚態(tài)物質(zhì)物理和材料科學(xué)理論研究組核心科學(xué)家論文的主要合作機構(gòu)Tab．7 Main Cooperation Organizations of Core Scientists of Berkeley Condensed Matter Physics and Materials Science Theory Research group Based on Papers

MIT凝聚態(tài)物質(zhì)理論研究組與世界多家著名院校合作，包括加拿大Perimeter理論物理研究所、中國的清華大學(xué)、美國的哈佛大學(xué)、以色列理工大學(xué)（表8）。

表8 MIT凝聚態(tài)物質(zhì)理論研究組核心科學(xué)家論文的主要合作機構(gòu)Tab．8 Main Cooperation Organizations of Core Scientists of MIT Condensed Matter Theory Research Group Based on Papers

2.3.3 作者合作情況

對各機構(gòu)發(fā)文量排名前十位的核心科學(xué)家進(jìn)行作者合作分析，以確定核心科學(xué)家的合作模式。綜觀這4個機構(gòu)的作者之間的合作情況，均呈現(xiàn)了機構(gòu)內(nèi)部以獨立研究為主，部分核心科學(xué)家重視多學(xué)科合作的特點，能夠體現(xiàn)出凝聚態(tài)物理理論專業(yè)與其他學(xué)科之間廣泛聯(lián)系的特點。

物理所凝聚態(tài)理論與材料計算重點實驗室核心科學(xué)家合作發(fā)文數(shù)量較少，僅有翁紅明和方忠研究組、曹俊鵬和王玉鵬研究組的合作發(fā)文數(shù)量較多，分別為52篇和27篇。

阿貢材料科學(xué)部凝聚態(tài)物質(zhì)理論研究組核心科學(xué)家之間合作發(fā)表論文數(shù)量較少。Olle G.Heinonen發(fā)表論文數(shù)量最多，與計算、材料科學(xué)、物理等領(lǐng)域的研究人員都有合作。

伯克利凝聚態(tài)物質(zhì)物理和材料科學(xué)理論研究組核心科學(xué)家之間的合作集中在Jeffrey B.Neaton研究小組與Steven G.Louie研究小組之間（合作論文數(shù)量17篇）、Steven G.Louie研究小組與Marvin L.Cohen研究小組之間（合作論文數(shù)量30篇）。其中，Jeffrey B.Neaton研究小組與其他領(lǐng)域的科研人員保持著廣泛的合作關(guān)系，專業(yè)領(lǐng)域涵蓋了材料科學(xué)與工程、化學(xué)、計算材料科學(xué)等[12]。

MIT凝聚態(tài)物質(zhì)理論研究組僅有兩個小組——John D.Joannopoulos小組和Marin Soljacic小組的合作較為緊密，合作論文數(shù)量為94篇。其中，John D.Joannopoulos小組不僅與凝聚態(tài)物理理論研究組有合作，也與材料科學(xué)、應(yīng)用數(shù)學(xué)、電氣工程專業(yè)、士兵納米技術(shù)研究所的研究人員保持著合作關(guān)系[13]。

2.4 學(xué)術(shù)影響力分析

學(xué)術(shù)影響力分析將從機構(gòu)篇均被引次數(shù)、發(fā)文量TOP10作者中核心科學(xué)家的篇均被引次數(shù)、被引用次數(shù)最多的核心科學(xué)家的論文主題3個角度進(jìn)行分析，以反映機構(gòu)的整體影響力和核心競爭力。另外，還將對4個機構(gòu)發(fā)表在《科學(xué)》《自然》的論文主題進(jìn)行分析，作為反映機構(gòu)核心競爭力的補充材料。

物理所凝聚態(tài)理論與材料計算重點實驗室核心科學(xué)家發(fā)文的篇均被引次數(shù)是35.3次／篇。在TOP10作者中，有兩位科學(xué)家（方忠、翁紅明）篇均被引次數(shù)遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于平均篇均被引次數(shù)（表9）。

表9 物理所凝聚態(tài)理論與材料計算重點實驗室核心科學(xué)家SCI論文TOP10作者的篇均被引次數(shù)（次／篇）Tab．9 Number of Citations per Article of Key Laboratory of Condensed Matter Theory and Material Computing，Institute of Physics among TOP 10 Authors Based on Papers（Times／Paper）

阿貢材料科學(xué)部凝聚態(tài)物質(zhì)理論研究組的核心科學(xué)家發(fā)表論文的篇均被引次數(shù)是25.7次／篇。在這些論文中，位列發(fā)文量前十位的核心科學(xué)家有6位，其中，Olle G.Heinonen與Michael R.Norman的篇均被引次數(shù)較高（表10）。

表10 阿貢材料科學(xué)部凝聚態(tài)物質(zhì)理論研究組核心科學(xué)家SCI論文TOP10作者的篇均被引次數(shù)（次／篇）Tab．10 Number of Citations per Article of Core Scientists of Condensed Matter Theory Research Group of Argonne Materials Science Department among Top 10 Authors Based on SCI papers（Times／Article）

伯克利凝聚態(tài)物質(zhì)物理和材料科學(xué)理論研究組的核心科學(xué)家發(fā)表論文的篇均被引次數(shù)是64.1次／篇。核心科學(xué)家位列發(fā)文量前十位的作者有7位，Ashvin Vishwanath與Steven G.Louie的篇均被引次數(shù)較高（表11）。

表11 伯克利凝聚態(tài)物質(zhì)物理和材料科學(xué)理論研究組SCI論文TOP10作者中的核心科學(xué)家的篇均被引次數(shù)（次／篇）Tab．11 Citation Times of Core Scientists of Berkeley Condensed Matter Physics and Materials Science Theory Research Group among Top 10 Anthors Based on Papers（Times／Article）

MIT凝聚態(tài)物質(zhì)理論研究組核心科學(xué)家發(fā)表論文的篇均被引次數(shù)是58.0次／篇。核心科學(xué)家中有7位排在發(fā)文量前十，John D Joannopoulos和Fu Liang的篇均被引次數(shù)較高（表12）。

表12 MIT凝聚態(tài)物質(zhì)理論研究組核心科學(xué)家SCI論文TOP10作者的篇均被引次數(shù)（次／篇）Tab．12 Citation Times of Core Scientists of MIT Condensed Matter Theory Research Group among Top 10 Authors Based on SCI Papers（Times／Article）

基于被引頻次最高的文章的主題分析以及《自然》《科學(xué)》研究主題的分析（文章題目的原始數(shù)據(jù)見補充材料），對4個機構(gòu)的優(yōu)勢領(lǐng)域進(jìn)行分析（表13）?？梢钥吹?，伯克利凝聚態(tài)物質(zhì)物理和材料科學(xué)理論研究組在拓?fù)?、石墨烯、超?dǎo)體等領(lǐng)域進(jìn)行深入研究，MIT凝聚態(tài)物質(zhì)理論研究組在拓?fù)洹⑹?、量子霍爾效?yīng)、超導(dǎo)體等領(lǐng)域進(jìn)行了較為深入的研究，所取得的成果均具有較高的學(xué)術(shù)影響力。

表13 4個機構(gòu)的優(yōu)勢研究領(lǐng)域——基于被引頻次、《科學(xué)》《自然》論文Tab．13 Outstanding Research Areas of the Four Institutions—Based on Cited Frequency and Publications from Science and Nature

3 啟示與建議

本文從機構(gòu)的組織結(jié)構(gòu)和產(chǎn)出能力、合作模式、資助機構(gòu)、學(xué)術(shù)影響力4個維度對比分析了凝聚態(tài)物理理論的4個重要研究機構(gòu)的競爭力。

相比于選定的美國的3個機構(gòu)，選定的中國機構(gòu)具有核心科學(xué)家規(guī)模大、SCI論文數(shù)量多的特征，這與我國在該領(lǐng)域在世界范圍內(nèi)發(fā)表SCI論文數(shù)量多的特征一致。中國、美國的機構(gòu)的國際合作的國家不同。中國機構(gòu)合作發(fā)表論文的主要國家是美國、日本、德國。美國機構(gòu)合作發(fā)表論文的國家主要有中國、德國、以色列、加拿大。美國的3個機構(gòu)與世界著名院校之間實現(xiàn)了較為廣泛的合作，尤其是MIT凝聚態(tài)物質(zhì)理論研究組，與多個世界著名院校有著較多的合作。美國的資助機構(gòu)還表現(xiàn)出多元化的特征，除了美國兩家著名的基礎(chǔ)研究資助機構(gòu)——NSF、DOE之外，慈善基金、軍方的資助也是該領(lǐng)域美國這3個機構(gòu)論文產(chǎn)出的主要支撐力量。從人均SCI論文數(shù)量、機構(gòu)篇均被引次數(shù)的角度看，選定的中國機構(gòu)并不占有優(yōu)勢，這兩個指標(biāo)的數(shù)值均低于伯克利凝聚態(tài)物質(zhì)物理和材料科學(xué)理論研究組、MIT凝聚態(tài)物質(zhì)理論研究組的相應(yīng)數(shù)值。從《科學(xué)》《自然》上發(fā)表文章的主題所揭示的優(yōu)勢領(lǐng)域看，我國的選定機構(gòu)在拓?fù)浜土孔友芯恐腥〉昧瞬糠指咚窖芯砍晒死蹜B(tài)物質(zhì)物理和材料科學(xué)理論研究組、MIT凝聚態(tài)物質(zhì)理論研究組在拓?fù)洹⒊瑢?dǎo)、石墨烯的領(lǐng)域取得了較為廣泛且深入的高水平研究成果。

基于上述情況，建議我國在凝聚態(tài)物理理論研究的領(lǐng)域，圍繞現(xiàn)有的在凝聚態(tài)物理理論領(lǐng)域的優(yōu)勢成果，拓展研究的深度和廣度?；谀蹜B(tài)物理理論研究在量子信息科學(xué)等領(lǐng)域的重要作用，推動軍事資助機構(gòu)在凝聚態(tài)物理理論研究領(lǐng)域的投資。通過發(fā)展優(yōu)勢領(lǐng)域等途徑提升核心科學(xué)家能力并繼續(xù)壯大發(fā)展研究隊伍。繼續(xù)拓寬國際合作的范圍，爭取能和更多國家、更多世界著名院校機構(gòu)開展交流、合作。

基于我國在超導(dǎo)、拓?fù)湮锢淼阮I(lǐng)域的優(yōu)勢，拓展研究的深度和廣度。高溫超導(dǎo)領(lǐng)域的挑戰(zhàn)在于機理研究，有待準(zhǔn)確判斷是電聲相互作用、電子與磁漲落的耦合、還是電子與其他元激發(fā)的相互作用導(dǎo)致了電子的超導(dǎo)配對[14]。在拓?fù)涑瑢?dǎo)體理論中，重要的遺留問題之一是對拓?fù)渚w超導(dǎo)電性的完整理解——研究是否存在新的奇異的拓?fù)淝妗o序和相互作用對拓?fù)渚w超導(dǎo)體的影響、拓?fù)淞孔酉嘧兊萚15]。

推動軍事資助機構(gòu)在凝聚態(tài)物理理論研究領(lǐng)域的投資。與原子分子物理學(xué)和光學(xué)物理、數(shù)學(xué)物理、計算及科學(xué)等學(xué)科一起，凝聚態(tài)物理可以通過推動量子技術(shù)的發(fā)展應(yīng)用于軍事領(lǐng)域，提升并行計算、通信安全、高精度導(dǎo)航、抗干擾成像等能力[16]。建議軍事資助機構(gòu)明確各相關(guān)學(xué)科的基礎(chǔ)研究對量子技術(shù)的影響與推動作用，對應(yīng)用研究與基礎(chǔ)研究、各學(xué)科基礎(chǔ)研究的資助比例進(jìn)行統(tǒng)籌，基于凝聚態(tài)物理理論研究對量子信息科學(xué)的影響規(guī)劃部署投資。凝聚態(tài)物理理論與量子信息科學(xué)密切相關(guān)的領(lǐng)域主要包含[17-18]：1）對相位相干性的理解。當(dāng)電子被限制在納米尺寸的結(jié)構(gòu)中時，電子波的相位相干性導(dǎo)致了電子新的行為。2）在各種各樣的固態(tài)系統(tǒng)中受控地產(chǎn)生兩個粒子和最終的多個粒子糾纏，理論探索描述不同形式的糾纏以及它們在與各種類型的固態(tài)環(huán)境的相互作用中的停留時間。3）量子測量：非破壞性測量、構(gòu)造磁性半導(dǎo)體異質(zhì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行靈敏量子測量等。4）理解和抑制1／f噪聲現(xiàn)象。5）非阿貝爾物質(zhì)。

和更多國家、更多世界著名院校機構(gòu)開展交流、合作。通過深入研究優(yōu)勢領(lǐng)域、積極參加或舉辦國際學(xué)術(shù)會議、打造有影響力的國際會議等方式提升我國在該領(lǐng)域的科研影響力。與美國能源部國家實驗室、美國伯克利大學(xué)、美國MIT、加拿大Perimeter理論物理研究所、以色列理工大學(xué)等積極開展學(xué)術(shù)交流。

致謝：在論文研究撰寫過程中，中國科學(xué)院物理研究所翁紅明研究員對文稿提出了寶貴的意見和建議，特此致謝。