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第178章 死馬當活馬醫

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聚寶源那頓飯之後,徐辰便正式成為了物理學院李丁平課題組的「客座研究員」。

雖然掛著個頭銜,但他並冇有真的去實驗室打卡上班。

畢竟,他一個搞數學的,去擺弄那些精密的低溫恆溫器和超導磁體,純屬添亂。

他的工作,主要是負責「後端」——處理資料,以及在理論模型遇到瓶頸時,提供一些數學上的「外援」。

對接人依然是張樂陽。

這位剛剛拿到博士學位的師兄,並冇有選擇立刻去高校任教,而是留在了李院士的組裡做博後。用他的話說:「好不容易抱上了徐神的大腿,不趁機多發幾篇頂刊,那不是虧大了?」

徐辰隻能無奈笑笑,也暗自佩服張樂陽這隨口就來的彩虹屁的能力。

……

週三下午,徐辰剛從圖書館出來,手機就震了一下。

【張樂陽】:徐神,有空冇?來趟物院B樓305,帶你認認門,順便領個門禁卡。

徐辰回了個「收到」,便騎上單車往物理樓趕。

剛走到305門口,徐辰就聽到裡麵傳來一陣刺耳的金屬切割聲,緊接著是一陣叮叮噹噹的敲打聲。

推開門,徐辰差點以為自己走進了汽修廠。

實驗室很大,但被各種龐大的儀器塞得滿滿噹噹。最顯眼的是幾個巨大的不鏽鋼罐子,上麵掛著白霜,正往外冒著絲絲白氣——那是液氦杜瓦瓶。

地上到處是纏繞的電纜,像是一團團亂麻。幾個穿著白大褂、戴著護目鏡的學生正圍著一台儀器,手裡拿著扳手和螺絲刀,滿頭大汗地折騰著什麼。

「哎!輕點!那可是波紋管,擰壞了咱們下個月都得喝西北風!」

一個熟悉的聲音從儀器後麵傳出來。

緊接著,張樂陽灰頭土臉地鑽了出來,手裡還攥著一把內六角扳手。看到徐辰,他先是一愣,隨即咧嘴一笑,露出一口白牙。

「喲!徐神來了!」

他隨手把扳手往旁邊的桌子上一扔,在白大褂上擦了擦手上的油汙,熱情地迎了上來。

「師兄,你們這是……」徐辰看著這亂糟糟的場麵,有些發懵,「在搞裝修?」

「嗨,別提了。」張樂陽嘆了口氣,指了指身後那台大傢夥,「這台PPMS(物理效能測量係統)的真空泵壞了,廠家的人要下週才能來。我們等不起,隻能自己動手修。這就是物理係的日常,名為科學家,實為高階維修工。」

接著張樂陽簡單介紹了一下團隊的成員,其中幾人徐辰在聚寶源見過,也就很快記住了。

隨後張樂陽帶徐辰四處轉轉,領著徐辰穿過雜亂的儀器區,來到了裡麵的休息室兼資料處理區。

相比外麵的嘈雜,這裡稍微安靜了一些,但環境依然不敢恭維。

幾張辦公桌拚在一起,上麵堆滿了文獻、草稿紙、硬碟,還有各種外賣盒和紅牛罐子。牆角的白板上寫滿了密密麻麻的公式和待辦事項,其中「修泵」、「換樣品」、「買液氦」幾個詞被紅筆重重地圈了起來。

「隨便坐,別嫌亂。」張樂陽拉過一把椅子,把自己桌上的一堆資料線撥拉到一邊,給徐辰騰出一塊空地。

「師兄,你們這……挺辛苦啊。」徐辰由衷地感嘆道。

「哎,別提了,現在搞學術哪有不辛苦的。」

……

隨後張樂陽簡單介紹了下之前在做的一個課題。

(ps:本故事靈感來源於 Mn₃Sn中非互易輸運與反常霍爾效應的真實發現,做了藝術加工。)

「我們最近半年一直在死磕一個新材料——Mn3Sn(錳錫合金)。」

張樂陽從抽屜裡拿出一個樣品盒,裡麵裝著一塊指甲蓋大小的、泛著金屬光澤的晶體,「就是這玩意,這是一種『非共線反鐵磁』。別看這小東西不起眼,它是現在凝聚態物理圈子裡的當紅炸子雞。理論上,它有著非常特殊的磁結構,可能會表現出很多反直覺的拓撲性質。」

張樂陽把樣品盒在手裡轉了轉,眼神中既有期待,又有無奈。

「我們的目標很明確:在極低溫、強磁場下,測量它的電阻變化,也就是R-H曲線。我們想找一種叫做『量子振盪』的訊號,也就是Shubnikov–de Haas效應。隻要擬合出這個振盪的頻率,就能算出載流子濃度和有效質量,揭示它的電子結構。」

「Shubnikov……啥?」徐辰愣了一下,這個名字有點長。

「額……舒布尼科夫-德哈斯效應,簡稱SdH效應。」張樂陽耐心地解釋道,「簡單說,就是當磁場強到一定程度時,電子的運動軌道會被量子化,導致電阻隨磁場變化出現週期性的振盪。就像是……心跳一樣。」

「如果我們能測到這個『心跳』,就能反推出這個材料的『五臟六腑』——費米麪結構、載流子濃度、有效質量等等。這對於證明它是不是拓撲材料,是一錘定音的證據。」

「哦,懂了,就是找週期唄。」

「對!原理就是這麼簡單!」

「聽起來……邏輯很清晰啊。」徐辰說道,「測電阻,找週期,擬合公式,出結果。這不就是標準的物理實驗流程嗎?有什麼問題?」

「是啊,邏輯是很清晰。」張樂陽苦笑一聲,把身體重重地靠在椅背上。

「理論上,這就是個送分題。」

「但實際上,它變成了送命題。」

張樂陽轉過身,喚醒了電腦螢幕。

「來,徐神,讓你看看我們這三個月的『成果』。」

……

螢幕亮起,是一個名為Origin的繪圖軟體介麵。

張樂陽熟練地開啟了一個工程檔案,裡麵密密麻麻地存著上百個圖層。

「這是我們三個月裡,測的一千多組資料。」

螢幕上,是一張密密麻麻的散點圖。橫軸是磁場強度H,縱軸是電阻R。

「你看,這是單帶模型擬合的,殘差大得離譜,跟心電圖似的。」

「所謂的單帶模型,就是假設材料裡隻有一種載流子,要麼全是電子,要麼全是空穴,大家齊心協力往一個方向跑。這就像是一條單行道,車流雖然多,但隻要不堵車,速度和流量都是很容易預測的。」

「但是你看這資料,」他指著那些在曲線上方亂跳的點,「顯然冇那麼簡單。這說明裡麵肯定有別的機製在搗亂。」

「於是我們換了雙帶模型。」

張樂陽切換了一張圖,「這個模型假設材料裡既有電子又有空穴,就像是一條雙向車道。電子往左跑,空穴往右跑,兩邊的電流互相抵消或者疊加。這個模型引數多,自由度大,按理說擬合能力更強。」

「結果呢?」徐辰問。

「結果……還是不行。」張樂陽指著螢幕,聲音都帶著哭腔,「你看這裡,還有這裡,無論怎麼調引數,擬合曲線總是跟實驗資料對不上。尤其是在某些特定的磁場區間,實驗資料總是會莫名其妙地鼓起來一塊,就像平整的路麵上突然多出了幾個減速帶。」

「最後,我們甚至考慮了各向異性。」張樂陽一臉無奈,「就是假設這個材料在不同方向上的導電效能不一樣。就像有的路是柏油路,有的路是泥巴路,車在上麵跑的速度肯定不同。我們把模型複雜到了極致,甚至引入了張量計算,結果更亂了,簡直就是一團亂麻。」

徐辰仔細看了看那些圖表。確實,無論用哪種模型,擬合曲線總是跟實驗資料對不上。尤其是在某些特定的磁場區間,實驗資料總是會莫名其妙地鼓起來一塊。

「這些『小鼓包』是什麼?」徐辰指著那些異常點問道。

「鬼知道是什麼!」張樂陽一臉絕望,甚至開始吐槽起來,「我們一開始以為是裝置噪聲,把所有的線都換了一遍,接地也重新做了,甚至連隔壁實驗室那台幾百萬的超導磁體都借來了,結果還是有!簡直就像是粘在鞋底的口香糖,怎麼甩都甩不掉!」

「後來我們懷疑是樣品接觸不良,把歐姆接觸重做了十幾次,手都快焊廢了,還是那個死樣子!」

「老闆說可能是磁場校準偏了,我們把高斯計都快盤包漿了,也冇發現問題!」

說到這裡,張樂陽壓低了聲音,神神秘秘地說道:「現在組裡已經有人開始懷疑是不是這批樣品本身就有缺陷,或者是……或者是這實驗室風水不好?要不要請個大師來看看?」

看著張樂陽那副快要被逼瘋的樣子,徐辰忍不住笑了。

「風水不好都出來了?你們搞物理的也信這個?」

「冇辦法啊!科學解釋不通,那就隻能歸結於玄學了!」張樂陽嘆了口氣,癱坐在椅子上,「老闆已經放棄治療了,說實在不行就發篇『初步輸運性質』的水文算了,先把這些爛資料扔出去,免得爛在手裡。反正隻要不造假,發個三四區的期刊還是冇問題的。」

所謂的「初步輸運性質」,在物理圈裡,基本就等同於「水文」。意味著冇有發現什麼激動人心的新物理,隻是羅列了一堆平平無奇的實驗資料。

「別急著發水文。」徐辰拍了拍他的肩膀,「把原始資料發給我一份,還有這個晶體的結構檔案,我回去看看。」

「行!死馬當活馬醫吧!」張樂陽也冇抱太大希望,隨手把資料包發了過去。

「對了,師兄。」徐辰一邊接收檔案,一邊問道,「我對凝聚態物理這塊兒還是個門外漢。要想搞懂這些資料背後的物理機製,我需要補哪些知識?比如那個什麼『非共線反鐵磁』,到底是啥意思?」」

張樂陽想了想,從亂糟糟的桌子上翻出一張草稿紙,隨手寫了幾行字。

「其實你不需要知道所有的知識,隻需要瞭解目前實驗所需的這部分就行。重點看看《固體物理》裡的能帶理論,還有《磁性物理》裡的反鐵磁結構。簡單說,非共線就是原子磁矩的方向不是平行或者反平行的,而是像風車一樣轉著排的。」

他把紙條遞給徐辰,還不忘補了一句:「另外,如果你想深入一點,可以看看關於『拓撲半金屬』和『貝裡曲率』的文獻。這些夠你看一陣子了。不過說實話,這些內容挺深奧的,就算是我們專業的博士生,想要完全理解也得花個把月。你……儘力而為吧,看不懂也冇事,反正這本來就是個爛攤子。」

徐辰接過紙條,掃了一眼,點了點頭。

「謝了,師兄。我回去研究研究。」

他並冇有說大話。雖然他數學好,但物理畢竟是另一門學科,有著自己獨特的語言和邏輯。數學再強,也得在物理的框架下計算,否則就是空中樓閣。

……

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