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第178章 死马当活马医

    聚宝源那顿饭之后,徐辰便正式成为了物理学院李丁平课题组的「客座研究员」。

    虽然挂着个头衔,但他并没有真的去实验室打卡上班。

    毕竟,他一个搞数学的,去摆弄那些精密的低温恒温器和超导磁体,纯属添乱。

    他的工作,主要是负责「后端」——处理数据,以及在理论模型遇到瓶颈时,提供一些数学上的「外援」。

    对接人依然是张乐阳。

    这位刚刚拿到博士学位的师兄,并没有选择立刻去高校任教,而是留在了李院士的组里做博后。用他的话说:「好不容易抱上了徐神的大腿,不趁机多发几篇顶刊,那不是亏大了?」

    徐辰只能无奈笑笑,也暗自佩服张乐阳这随口就来的彩虹屁的能力。

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    ……

    周三下午,徐辰刚从图书馆出来,手机就震了一下。

    【张乐阳】:徐神,有空没?来趟物院B楼305,带你认认门,顺便领个门禁卡。

    徐辰回了个「收到」,便骑上单车往物理楼赶。

    刚走到305门口,徐辰就听到里面传来一阵刺耳的金属切割声,紧接着是一阵叮叮当当的敲打声。

    推开门,徐辰差点以为自己走进了汽修厂。

    实验室很大,但被各种庞大的仪器塞得满满当当。最显眼的是几个巨大的不锈钢罐子,上面挂着白霜,正往外冒着丝丝白气——那是液氦杜瓦瓶。

    地上到处是缠绕的电缆,像是一团团乱麻。几个穿着白大褂丶戴着护目镜的学生正围着一台仪器,手里拿着扳手和螺丝刀,满头大汗地折腾着什麽。

    「哎!轻点!那可是波纹管,拧坏了咱们下个月都得喝西北风!」

    一个熟悉的声音从仪器后面传出来。

    紧接着,张乐阳灰头土脸地钻了出来,手里还攥着一把内六角扳手。看到徐辰,他先是一愣,随即咧嘴一笑,露出一口白牙。

    「哟!徐神来了!」

    他随手把扳手往旁边的桌子上一扔,在白大褂上擦了擦手上的油污,热情地迎了上来。

    「师兄,你们这是……」徐辰看着这乱糟糟的场面,有些发懵,「在搞装修?」

    「嗨,别提了。」张乐阳叹了口气,指了指身后那台大家伙,「这台PPMS(物理性能测量系统)的真空泵坏了,厂家的人要下周才能来。我们等不起,只能自己动手修。这就是物理系的日常,名为科学家,实为高级维修工。」

    接着张乐阳简单介绍了一下团队的成员,其中几人徐辰在聚宝源见过,也就很快记住了。

    随后张乐阳带徐辰四处转转,领着徐辰穿过杂乱的仪器区,来到了里面的休息室兼数据处理区。

    相比外面的嘈杂,这里稍微安静了一些,但环境依然不敢恭维。

    几张办公桌拼在一起,上面堆满了文献丶草稿纸丶硬碟,还有各种外卖盒和红牛罐子。墙角的白板上写满了密密麻麻的公式和待办事项,其中「修泵」丶「换样品」丶「买液氦」几个词被红笔重重地圈了起来。

    「随便坐,别嫌乱。」张乐阳拉过一把椅子,把自己桌上的一堆数据线拨拉到一边,给徐辰腾出一块空地。

    「师兄,你们这……挺辛苦啊。」徐辰由衷地感叹道。

    「哎,别提了,现在搞学术哪有不辛苦的。」

    ……

    随后张乐阳简单介绍了下之前在做的一个课题。

    (ps:本故事灵感来源于Mn?Sn中非互易输运与反常霍尔效应的真实发现,做了艺术加工。)

    「我们最近半年一直在死磕一个新材料——Mn3Sn(锰锡合金)。」

    张乐阳从抽屉里拿出一个样品盒,里面装着一块指甲盖大小的丶泛着金属光泽的晶体,「就是这玩意,这是一种『非共线反铁磁』。别看这小东西不起眼,它是现在凝聚态物理圈子里的当红炸子鸡。理论上,它有着非常特殊的磁结构,可能会表现出很多反直觉的拓扑性质。」

    张乐阳把样品盒在手里转了转,眼神中既有期待,又有无奈。

    「我们的目标很明确:在极低温丶强磁场下,测量它的电阻变化,也就是R-H曲线。我们想找一种叫做『量子振荡』的信号,也就是Shubnikov-deHaas效应。只要拟合出这个振荡的频率,就能算出载流子浓度和有效质量,揭示它的电子结构。」

    「Shubnikov……啥?」徐辰愣了一下,这个名字有点长。

    「额……舒布尼科夫-德哈斯效应,简称SdH效应。」张乐阳耐心地解释道,「简单说,就是当磁场强到一定程度时,电子的运动轨道会被量子化,导致电阻随磁场变化出现周期性的振荡。就像是……心跳一样。」

    「如果我们能测到这个『心跳』,就能反推出这个材料的『五脏六腑』——费米面结构丶载流子浓度丶有效质量等等。这对于证明它是不是拓扑材料,是一锤定音的证据。」

    「哦,懂了,就是找周期呗。」

    「对!原理就是这麽简单!」

    「听起来……逻辑很清晰啊。」徐辰说道,「测电阻,找周期,拟合公式,出结果。这不就是标准的物理实验流程吗?有什麽问题?」

    「是啊,逻辑是很清晰。」张乐阳苦笑一声,把身体重重地靠在椅背上。

    「理论上,这就是个送分题。」

    「但实际上,它变成了送命题。」

    张乐阳转过身,唤醒了电脑屏幕。

    「来,徐神,让你看看我们这三个月的『成果』。」

    ……

    屏幕亮起,是一个名为Origin的绘图软体界面。

    张乐阳熟练地打开了一个工程文件,里面密密麻麻地存着上百个图层。

    「这是我们三个月里,测的一千多组数据。」

    屏幕上,是一张密密麻麻的散点图。横轴是磁场强度H,纵轴是电阻R。

    「你看,这是单带模型拟合的,残差大得离谱,跟心电图似的。」

    「所谓的单带模型,就是假设材料里只有一种载流子,要麽全是电子,要麽全是空穴,大家齐心协力往一个方向跑。这就像是一条单行道,车流虽然多,但只要不堵车,速度和流量都是很容易预测的。」

    「但是你看这数据,」他指着那些在曲线上方乱跳的点,「显然没那麽简单。这说明里面肯定有别的机制在捣乱。」

    「于是我们换了双带模型。」

    张乐阳切换了一张图,「这个模型假设材料里既有电子又有空穴,就像是一条双向车道。电子往左跑,空穴往右跑,两边的电流互相抵消或者叠加。这个模型参数多,自由度大,按理说拟合能力更强。」

    「结果呢?」徐辰问。

    「结果……还是不行。」张乐阳指着屏幕,声音都带着哭腔,「你看这里,还有这里,无论怎麽调参数,拟合曲线总是跟实验数据对不上。尤其是在某些特定的磁场区间,实验数据总是会莫名其妙地鼓起来一块,就像平整的路面上突然多出了几个减速带。」

    「最后,我们甚至考虑了各向异性。」张乐阳一脸无奈,「就是假设这个材料在不同方向上的导电性能不一样。就像有的路是柏油路,有的路是泥巴路,车在上面跑的速度肯定不同。我们把模型复杂到了极致,甚至引入了张量计算,结果更乱了,简直就是一团乱麻。」

    徐辰仔细看了看那些图表。确实,无论用哪种模型,拟合曲线总是跟实验数据对不上。尤其是在某些特定的磁场区间,实验数据总是会莫名其妙地鼓起来一块。

    「这些『小鼓包』是什麽?」徐辰指着那些异常点问道。

    「鬼知道是什麽!」张乐阳一脸绝望,甚至开始吐槽起来,「我们一开始以为是设备噪声,把所有的线都换了一遍,接地也重新做了,甚至连隔壁实验室那台几百万的超导磁体都借来了,结果还是有!简直就像是粘在鞋底的口香糖,怎麽甩都甩不掉!」

    「后来我们怀疑是样品接触不良,把欧姆接触重做了十几次,手都快焊废了,还是那个死样子!」

    「老板说可能是磁场校准偏了,我们把高斯计都快盘包浆了,也没发现问题!」

    说到这里,张乐阳压低了声音,神神秘秘地说道:「现在组里已经有人开始怀疑是不是这批样品本身就有缺陷,或者是……或者是这实验室风水不好?要不要请个大师来看看?」

    看着张乐阳那副快要被逼疯的样子,徐辰忍不住笑了。

    「风水不好都出来了?你们搞物理的也信这个?」

    「没办法啊!科学解释不通,那就只能归结于玄学了!」张乐阳叹了口气,瘫坐在椅子上,「老板已经放弃治疗了,说实在不行就发篇『初步输运性质』的水文算了,先把这些烂数据扔出去,免得烂在手里。反正只要不造假,发个三四区的期刊还是没问题的。」

    所谓的「初步输运性质」,在物理圈里,基本就等同于「水文」。意味着没有发现什麽激动人心的新物理,只是罗列了一堆平平无奇的实验数据。

    「别急着发水文。」徐辰拍了拍他的肩膀,「把原始数据发给我一份,还有这个晶体的结构文件,我回去看看。」

    「行!死马当活马医吧!」张乐阳也没抱太大希望,随手把数据包发了过去。

    「对了,师兄。」徐辰一边接收文件,一边问道,「我对凝聚态物理这块儿还是个门外汉。要想搞懂这些数据背后的物理机制,我需要补哪些知识?比如那个什麽『非共线反铁磁』,到底是啥意思?」」

    张乐阳想了想,从乱糟糟的桌子上翻出一张草稿纸,随手写了几行字。

    「其实你不需要知道所有的知识,只需要了解目前实验所需的这部分就行。重点看看《固体物理》里的能带理论,还有《磁性物理》里的反铁磁结构。简单说,非共线就是原子磁矩的方向不是平行或者反平行的,而是像风车一样转着排的。」

    他把纸条递给徐辰,还不忘补了一句:「另外,如果你想深入一点,可以看看关于『拓扑半金属』和『贝里曲率』的文献。这些够你看一阵子了。不过说实话,这些内容挺深奥的,就算是我们专业的博士生,想要完全理解也得花个把月。你……尽力而为吧,看不懂也没事,反正这本来就是个烂摊子。」

    徐辰接过纸条,扫了一眼,点了点头。

    「谢了,师兄。我回去研究研究。」

    他并没有说大话。虽然他数学好,但物理毕竟是另一门学科,有着自己独特的语言和逻辑。数学再强,也得在物理的框架下计算,否则就是空中楼阁。

    ……