見到上海交通大學(xué)副教授李聽昕時，他正在上海交大閔行校區(qū)物理實(shí)驗(yàn)樓，忙著布置新的實(shí)驗(yàn)室。

“在一樓向地下打了兩個1平方米見方、1米多深的洞，放置兩臺低溫強(qiáng)磁場制冷機(jī)，過段時間，實(shí)驗(yàn)室的測量設(shè)備就能從三樓搬到一樓，我們做實(shí)驗(yàn)放樣品就不用爬梯子了。”李聽昕說話間，劉曉雪匆匆趕到。這對科研伴侶回國兩三年來，聯(lián)手在國際頂尖學(xué)術(shù)期刊發(fā)表了凝聚態(tài)物理領(lǐng)域的數(shù)項(xiàng)重要成果，包括首次觀測到分?jǐn)?shù)量子反?；魻栃?yīng)的確鑿實(shí)驗(yàn)證據(jù)，首次在單晶雙層石墨烯與二維半導(dǎo)體的異質(zhì)結(jié)構(gòu)中觀測到電子摻雜的超導(dǎo)態(tài)等。

劉曉雪（左）和李聽昕在實(shí)驗(yàn)室討論課題。采訪對象供圖

國內(nèi)實(shí)驗(yàn)室也能出世界一流成果

提及兩人發(fā)表在《自然》（Nature）上的論文，李聽昕和劉曉雪都擺了擺手，說：“其實(shí)我們2023年9月發(fā)表在《物理學(xué)評論X》上的‘有關(guān)分?jǐn)?shù)量子反?；魻栃?yīng)的首個確鑿實(shí)驗(yàn)證據(jù)’的研究，比這個更重要，只不過Nature的名氣更大些?！?/p>

一直以來，凝聚態(tài)物理學(xué)家都在孜孜不倦地尋找分?jǐn)?shù)量子反?；魻栃?yīng)的確鑿實(shí)驗(yàn)證據(jù)。近年來，科學(xué)家們基于二維材料莫爾超晶格系統(tǒng)，在有關(guān)分?jǐn)?shù)量子反常霍爾效應(yīng)的理論和實(shí)驗(yàn)研究方面做了大量探索，并將目光聚焦到轉(zhuǎn)角二碲化鉬體系。李聽昕在美國康奈爾大學(xué)做博士后期間，主要研究就是二維層狀半導(dǎo)體及其莫爾超晶格系統(tǒng)，積累了許多實(shí)驗(yàn)技巧。而劉曉雪在美國布朗大學(xué)做博士后的主攻方向是轉(zhuǎn)角石墨烯超導(dǎo)，對制作高質(zhì)量樣品有著豐富的經(jīng)驗(yàn)。

這對伴侶回國加入上海交大后，便決定聯(lián)手向這一前沿課題發(fā)起沖擊。兩人馬不停蹄地搭實(shí)驗(yàn)室、購置設(shè)備、招收學(xué)生、制備樣品、開展測量。然而，因無法從海外購買到實(shí)驗(yàn)所需要的極低溫稀釋制冷機(jī)，課題組相關(guān)實(shí)驗(yàn)進(jìn)展緩慢。

李聽昕和劉曉雪向外求援，和學(xué)生帶著珍貴而脆弱的樣品，前往北京懷柔科學(xué)城，使用中國科學(xué)院綜合極端條件實(shí)驗(yàn)裝置，開展極低溫測量工作。

“這些公共裝置的機(jī)時有限，我們每次去北京，都要小心翼翼地把樣品放在氮?dú)夤蘩锉４妫宦纷o(hù)送。實(shí)驗(yàn)完成后，立即趕回上海做后續(xù)數(shù)據(jù)分析，考慮接下來的實(shí)驗(yàn)計(jì)劃?？蒲谐錆M變數(shù)，磕磕絆絆很正常，這正是它的魅力所在?！崩盥犼空f。

經(jīng)過大半年的努力，2023年8月，他們和美國的一個課題組同時在預(yù)印本平臺arXiv公布了有關(guān)分?jǐn)?shù)量子反常霍爾效應(yīng)的首個確鑿實(shí)驗(yàn)證據(jù)，并將這項(xiàng)成果正式發(fā)表在物理學(xué)界的國際頂尖期刊《物理學(xué)評論X》上，獲得學(xué)界的廣泛關(guān)注和高度評價。該項(xiàng)研究開啟了零磁場條件下研究分?jǐn)?shù)電荷激發(fā)、任意子統(tǒng)計(jì)等新奇物性的大門，為拓?fù)淞孔佑?jì)算等研究提供了新的可能和機(jī)遇。

劉曉雪說，越是困難重重，越能看見李聽昕對科研的篤定與執(zhí)著，一如他們在北京大學(xué)物理學(xué)院量子材料科學(xué)中心初次相見。2011年，李聽昕從西北大學(xué)畢業(yè)后，保送到北京大學(xué)物理學(xué)院直博，師從杜瑞瑞教授。

“我在大學(xué)二年級時才第一次聽說凝聚態(tài)物理學(xué)，是杜老師培養(yǎng)了我的科研品味和判斷力，讓我分辨什么是真正的科學(xué)探索，領(lǐng)著我走上科研之路。”李聽昕從摸熟儀器設(shè)備、做實(shí)驗(yàn)、看文獻(xiàn)這些基礎(chǔ)工作開始，一步步深入凝聚態(tài)物理學(xué)研究領(lǐng)域。

兩年后，劉曉雪從山東大學(xué)畢業(yè)，也被保送至杜瑞瑞教授門下。她被李聽昕的理性思辨、成熟穩(wěn)重打動，被他身上的科研熱忱所感染，也發(fā)現(xiàn)自己和他一樣，最大的樂趣和滿足感來自于科研。博士畢業(yè)后，兩人先后到美國從事博士后研究。出國前，兩人就約定好將來要回國做科研，“只要對科學(xué)探索褒有本真的熱愛，國內(nèi)實(shí)驗(yàn)室一樣能做出世界一流的科研成果?！?/p>

事實(shí)證明，他們做到了！

開展實(shí)驗(yàn)一絲不茍。采訪對象供圖

力爭每項(xiàng)研究都能有創(chuàng)新有突破

李聽昕和劉曉雪從進(jìn)入上海交大開始帶學(xué)生做科研，就希望能傳承上海交大的育人傳統(tǒng)，養(yǎng)成學(xué)生在科研上獨(dú)當(dāng)一面的能力。博士生李楚善剛加入李聽昕課題組時，因?yàn)榕c碩士時的研究方向截然不同，不掌握器件制備技巧，一時間做不出滿意的樣品。

李楚善說：“李老師和劉老師會提前做好實(shí)驗(yàn)規(guī)劃方案，但不會指手畫腳，而是放手讓我們?nèi)ッ?，鼓勵我們大膽質(zhì)疑，提出自己的想法?！?/p>

在博士生孫政看來，在兩位老師的指導(dǎo)下，自己收獲的科研成長是雙倍的。一開始，他會將實(shí)驗(yàn)失敗簡單地歸因于粗枝大葉，但劉曉雪每次都認(rèn)真地和他一起復(fù)盤實(shí)驗(yàn)細(xì)節(jié)，找出真正的原因。而李聽昕每次看到凝聚態(tài)物理學(xué)領(lǐng)域發(fā)現(xiàn)新的現(xiàn)象，都會像找到寶藏一樣興奮不已，迫不及待地分享到課題組的微信群里，跟大家一起討論。

正是這股對科研的較真與熱忱，讓李聽昕和劉曉雪在看到美國加州理工學(xué)院教授斯特凡·納吉·佩奇課題組2022年在預(yù)印本平臺arXiv公布的一項(xiàng)非轉(zhuǎn)角石墨烯體系研究成果時，獲得了靈感。

“把晶體雙層石墨烯和單層半導(dǎo)體二硒化鎢結(jié)合在一起，可以看到本征的雙層石墨烯的超導(dǎo)態(tài)被顯著增強(qiáng)，這個現(xiàn)象太有趣了，其中還有很大的挖掘空間?！崩盥犼空f，“我們希望自己的每項(xiàng)研究都能奔著新的發(fā)現(xiàn)去，有創(chuàng)新、有突破?！?/p>

在這一熱門研究領(lǐng)域，世界上很多課題組都在賽跑，但當(dāng)時只有兩個課題組在單晶石墨烯空穴端發(fā)現(xiàn)了超導(dǎo)態(tài)，兩個課題組之間還開展了一些合作。而且，他們一直都是圍繞空穴摻雜的超導(dǎo)情況開展研究，沒有人研究電子摻雜。李聽昕和劉曉雪下決心闖一闖這個“無人區(qū)”。

“我們發(fā)現(xiàn)雙層石墨烯和二硒化鎢貼合形成異質(zhì)結(jié)構(gòu)后，性質(zhì)變得非常豐富，但是其超導(dǎo)態(tài)并未被完整地表征出來，主要原因是之前實(shí)驗(yàn)所加的電場受限，只能到1伏特/納米（V/nm）。我和李老師討論后達(dá)成的共識是，可以把電場推到更高?！眲匝┱f。

但是，加大電場，極有可能把樣品“電死”，無法獲得高質(zhì)量石墨烯樣品?！拔覀儙ьI(lǐng)學(xué)生通過優(yōu)化樣品制備方法，將所加電場的極限推高到1.65伏特/納米（V/nm），得到的高質(zhì)量石墨烯樣品可以說是世界上第一個實(shí)現(xiàn)這么高電場的。得益于能夠給樣品施加超過前人研究的高電場，我們第一次在晶體石墨烯的電子端通過柵極靜電摻雜發(fā)現(xiàn)了超導(dǎo)態(tài)。這令人興奮。”李聽昕說。

李聽昕和劉曉雪的課題組成為全球第三個在單晶石墨體系中觀測到超導(dǎo)態(tài)的課題組，而且是首次在單晶雙層石墨烯中觀測到電子摻雜情況的超導(dǎo)電性，對于理解晶體石墨烯及轉(zhuǎn)角石墨烯系統(tǒng)的超導(dǎo)機(jī)理、設(shè)計(jì)制備基于石墨烯系統(tǒng)的高質(zhì)量新型超導(dǎo)量子器件等，具有重要意義。

李聽昕在檢查實(shí)驗(yàn)設(shè)備。黃曉慧攝

復(fù)雜科研外的生活簡單而又同心

采訪過程中，李聽昕結(jié)合自己的研究，向記者延伸講述凝聚態(tài)物理學(xué)的發(fā)展歷程、重大發(fā)現(xiàn)的前因后果。對于曾在這一領(lǐng)域做出突出貢獻(xiàn)的國內(nèi)外科學(xué)家和課題組，他如數(shù)家珍。

對于普通人而言，凝聚態(tài)物理學(xué)深奧、晦澀、難懂，一件樣品的制備、一項(xiàng)實(shí)驗(yàn)的觀測長達(dá)數(shù)月甚至數(shù)年時間，想讓普通人理解這個領(lǐng)域的研究，不是一件容易的事。劉曉雪認(rèn)為，這恰是科研夫妻檔的好處，在同一研究領(lǐng)域里攜手并肩，彼此能夠更好地理解對方，形成優(yōu)勢互補(bǔ)，碰撞出科研的火花。

兩人的學(xué)術(shù)討論隨時隨地進(jìn)行，當(dāng)在學(xué)術(shù)上出現(xiàn)觀點(diǎn)相左、爭執(zhí)不下時，他們會把裁判權(quán)交給科學(xué)，“看實(shí)驗(yàn)結(jié)果。如果實(shí)驗(yàn)證明對方是對的，我們會豎起大拇指對對方說：‘你贏了！’”

復(fù)雜的科研世界之外，李聽昕和劉曉雪過著極簡的生活，每天重復(fù)著實(shí)驗(yàn)室和家之間兩點(diǎn)一線的路徑，節(jié)假日也概莫能外。

“平時做飯嗎？”記者問。

“不做，吃食堂?！眱扇水惪谕暤卣f，相視而笑。

劉曉雪說，他們連辦結(jié)婚證都是插空去的。2019年，在美國做博士后研究時，兩人分住兩個城市，相隔五六個小時車程，恰好有幾天，兩人的實(shí)驗(yàn)室設(shè)備都出了故障，“我們便利用這個空檔期，相約到紐約領(lǐng)了結(jié)婚證，后來到我國駐美大使館公證，這就結(jié)婚成家了。”

在生活上，兩人相互補(bǔ)臺、配合默契，從來不會讓問題過夜，更不會陷入冷戰(zhàn)。“我倆都是非常理性、獨(dú)立的人，什么事情都是有商有量。在美國時一年也就見兩三面，李老師2021年先回國，我倆又異國戀一年，但感情一直很穩(wěn)定，因?yàn)橐呀?jīng)習(xí)慣這種相處模式了?！眲匝┱f。

不過，工作再忙，家庭的責(zé)任也不會輕易放棄。2023年，去北京進(jìn)行稀釋制冷極低溫測量時，正趕上劉曉雪生孩子，李聽昕立即退掉了當(dāng)天的高鐵票，陪伴左右、悉心照顧，等劉曉雪和孩子出院后再帶著學(xué)生去北京測量。

“孩子現(xiàn)在才兩歲，更黏著媽媽，我就多付出一點(diǎn)，李老師的作息時間也做了調(diào)整，以前每天晚上十一二點(diǎn)到家，現(xiàn)在提前到了九十點(diǎn)鐘。”劉曉雪說，和很多科研夫妻檔一樣，他們偶爾也有如何平衡好科研和家庭關(guān)系的煩惱，尤其是有了孩子后。不過，不管遇到什么樣的困難，相同的理念與追求，都能讓他們攜手共進(jìn)、并肩前行。

（來源：人民日報中央廚房-大江東工作室）

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