人类对物质世界的叩问
是一场跨越时空的壮阔征程
百廿学府，风华正茂
“京师问道”，何以为道？
何林、张金星、张文凯
三位来自北京师范大学物理与天文学院
意气风发、成果斐然的学者
以各自的方式诠释着“道”的双重真谛
既是探索宇宙运行规律的物理之道
更是启迪心灵、培育英才的为师之道
他们行走在
永恒定律与未来可能性的交界处
用智慧与热忱书写着
属于这个时代的物理诗篇与育人故事
何林：求索问道，诲人不倦
浩瀚宇宙，大不过物理人的视野；微观粒子，逃不过物理人的专注。原子如何结合、又如何构成物质，这一物理学界钻研数百年的核心谜题，始终吸引着探索者前赴后继。
原子构成物质有两个过程至关重要：一是原子间化学键的形成，二是原子内发生轨道杂化。如今，科学家已能借助“人造原子”精妙模拟化学键的形成。然而，另一关键过程——轨道杂化，却从未在人造原子中实现。这个过程如果能够完成模拟，无疑将为可控研究轨道杂化提供基础，也为未来材料的设计提供新思路。
怀着对物质本源奥秘的无限热爱，何林教授多年来致力于低维体系的研究。他巧妙运用二维材料构筑新型结构，不断发掘其独特物理性质，并探索其潜在的应用前景。
2024年4月到10月，何林团队在《自然·通讯》（Nature Communications）先后发表题为“石墨烯中轨道角动量耦合引起的单个波前条纹的直接观测”“直接观测三层转角石墨烯莫尔准晶中广泛存在的平带”和“利用石墨烯量子点实现耦合强度可调的相对论性人工分子”的三篇文章。
2025年2月，何林团队与合作者在《自然》（Nature）杂志发表题为“石墨烯人造原子中的轨道杂化”的研究。他们成功地将原本二维的单层石墨烯降维至零维，实现了电子的量子受限，借助高精度的扫描隧道显微镜，首次清晰观测到了量子点受限态中独特的轨道杂化特征。
何林指出：“我们构造的这种人工原子，它实际上比真实的原子，可能大几个量级，但是它里面的物理内核是相通的”。至此，通过人造原子模拟真实原子构成物质两大过程，已被物理学界全部攻克。
科研的征途并非坦途。回首起步阶段，何林笑称自己是“三无人员”：无实验室、无学生、无启动经费。为了迈出第一步，他充分利用学校的地理和平台优势，积极和周边高校展开合作，借用别人的设备和样品开展研究，凝练成果，逐步让国内外同行听见自己的声音。工作五年以后，何林终于拥有了自己第一个实验室。
何林常以此经历勉励学生：“科研之路必遇险阻，不论在多好的课题组，拥有多先进的设备，做创新性工作都是在走前人没有走过的路。”他语重心长地强调，“此时，学会竭尽所能、调动一切可用资源去完成目标，至关重要。”
对于何林，“京师问道”之“道”既是扫描隧道显微镜下的原子轨道，又是他作为北师大教师，引领学生走上的求索之道与成才之道。
“我们的部分成果，已经被加州大学写进教材，现在在人工原子体系取得的成果将来可能是本科和研究生的必学章节。”谈及此处，何林流露出欣慰。对他而言，个人价值的最高体现正是为人类知识大厦的构筑添砖加瓦。“我首先是个老师，其次才是科研工作者；所以我最高远的理想是带领学生成才，并在这个过程中一起推动了人类认知的进步。”
谈到学生，何林的身体不自觉地微微前倾，语气充满热忱。相较于传统教育中强调补足短板的“木桶原理”，他指出，“做科研的时候长板反而更重要”。这种教育理念催生出他鲜明的培养特色——以鼓励式教育为基石，捕捉每个学生的闪光点，通过悉心引导，让学生的优势特质转化为科研竞争力。
“我希望我的学生们，能够基于他自己的一些特点，走一条非常有自己特色的路。”何林如是说。
在培养学生的具体过程中，他会定期邀请相关领域专家开设前沿讲座，同时也主动给予学生参与学术会议并作报告的机会，帮助学生“在倾听中学习，在交流中成长”。
何林对学生的关怀不仅限于学术。每周末，他都会组织课题组同学打羽毛球、跳绳，这一习惯已坚持十年之久。他既希望同学们拥有健康的体魄，更期待借此消除师生间的距离感。“运动的时候大家的思维是很活跃的，他们能够表达自己的真实想法，这个时候我们之间沟通的障碍基本上就没有了。”
原子的轨道变化，才能形成稳定的化学键，释放更多能量；人生亦是如此。何林以他躬身践行的“问道”之途，为学生们拓展求索视野，搭建交流桥梁，助力他们不断丰富自身的“思维轨道”。他的探索与育人之路，正是对“道”最生动的诠释。
张金星：川流不息，点石成金
千年来，人类与材料的共生史，亦是一部凝聚态物理的无名史诗。当石器时代的人类敲击燧石，当青铜时代的匠人浇铸礼器，他们不会想到，自己正在参与一场跨越千年的物理接力。今天，接过火炬的科学家们，往往比别人看得更远，更早看到现有材料的极限。同时，他们也在不断思考：下一步，往什么方向走？
专注凝聚态物理研究的张金星教授给出的答案是：“往无人的方向走，争取把它做成热门方向。”他阐释道：“做科研的目标，一方面是希望拓展人类认知边界，另一方面希望可以做出变革性、普适性的材料，改变世界发展进程。”
“芯片的性能每18个月要提升一倍，这就是著名的摩尔定律。2030年后，靠尺寸微缩提升芯片性能的研究范式和技术路线可能就要终结了。”面对传统半导体技术即将到达天花板。怎样才能一定程度上取代目前的硅基芯片？张金星的发问，既是科学家的危机感，更是开拓者的冲锋号。
面对即将到来的物理极限，张金星的团队与他的合作者选择了自旋波作为突破口。
2021年，团队以“应力驱动DM相互作用及室温磁斯格明子”为题在《物理评论快报》（Physical Review Letters）发表文章。
2024年，他们以“铱酸锶中的挠曲磁电效应”为题再次在《物理评论快报》发表文章。
2025年1月，他们在《自然·材料》（Nature Material）上发表了题为“长距离手性磁子传输及其可逆调控”的学术成果。
“近十年以来，我的研究重心一直放在电子的自旋属性上，致力于在原子尺度上设计和控制材料，发掘大自然中不具备的材料。”张金星用“点石成金”生动诠释团队的工作，“我们把大家认为没有太多价值的东西，通过人造设计，让它变得富有价值。这样可以给未来芯片或器件设计提供更多的材料选择。”
通过人工操控对称性，团队将平庸材料注入不平庸的拓扑物理，全新的低维量子体系得以构建，超低功耗的后摩尔芯片侯选材料，由此呼之欲出。下一步，张金星和团队将让该成果走出实验室，跑通中试环节，彻底解决这个方向的卡脖子难题。
在张金星的办公室，一幅“川流不息”的书法作品悬于墙面，侧旁是“心收静里，眼放长空”。这几句格言，恰是其科研人生的注脚。“从事科学研究，我会不断的去深入。只要下定足够的决心，有足够的好奇心以及足够的钻研的热情，总能钻研出重大的科学发现，哪怕是一个大众看起来非常冷门的方向。”他笃定地说。
他谈到：“我们团队所关注的研究方向，往往是现在全世界没人做的方向。”攀登无人区的路上，没有捷径。支撑张金星穿越迷茫的，是一种“长期主义哲学”。比起一时的结果，张金星更在乎的是这十几年来的积累能不能连起来，能不能融会贯通，最终产出变革性的成果。对于他而言，做科研从来不是单打独斗，“牛顿说，他所有的成就都是站在巨人的肩膀上。我给我自己提出来的是——站在我昨天的肩膀上，再继续向前迈进我的科研之路。”
对于学生的培养，张金星格外强调逻辑思维能力的精进。他期望学生学会真正的思考之道，而非仅仅掌握具体的科学知识点。“我从我的导师身上最大的收获，就是学会了如何思考，”他谈到，“就像他常说的，‘The biggest question is what is the question’。这也是我希望能传递给学生的核心能力。”在张金星看来，实验室里进行的思维训练——无论是逻辑推演还是辩证思考——其价值远远超过科研本身，“这些实际可以指导他整个未来的人生”。
从人类文明的燧石初火到今日的芯片之光，材料科学发展的洪流奔涌不息。张金星深谙“先识乾坤之大，方能登高塔之巅”之理，以“心收静里”的定力深耕微观世界，以“眼放长空”的视野眺望无人之境，更将这份对“问题本质”的追问精神和严谨的思维方法，悉心传授给他的学生。
物理的通天塔没有顶点。但正因为有张金星这样的科研工作者在无人区点燃灯塔，人类文明的每一次转型，终将拥有穿越迷雾的航标。
张文凯：追寻光，成为光
光学既是物理学中一门重要的基础学科，又是一门应用性极强的学科。能更好地利用光能，就能让全人类的生产、生活方式都发生颠覆性的变革。
从事光学研究的张文凯教授，正是行走在这条充满挑战与机遇的探索之路上，一位深耕不辍的“追光者”。
十年前，怀抱赤子之心与报国之志，正在宾夕法尼亚大学从事博士后研究的张文凯，毅然踏上归途。作为研究应用光学的科研工作者，他比任何人都清楚，应该去哪追寻他梦想的“光”。
刚回国的张文凯，在受邀参加前沿科技论坛，听到国内顶尖学者热烈探讨前沿方向与国家战略需求时，“我知道自己做出了正确的选择”。时至今日，再次谈起十年前的事，张文凯眼中依然闪烁着灼灼光彩。
“我们已经看到，现在中国和国外的差距在缩小。经过这些年工业基础的发展，很多尖端的设备也建设起来了。一些大的装置，国家这些年也都在大力地做。”张文凯语气坚定，“我们希望能够在国内有一些大的发现，为国家的发展出自己的一份力！”
2015年，张文凯加入北京师范大学，正式开启了自己的科研育人生涯。创业维艰，筚路蓝缕。从争取一方宝贵的实验室空间，到亲手将庞大精密的仪器设备安置妥当，张文凯事必躬亲。他卷起袖管，在尘土与期待中奔走，克服了初创时期的种种困难，终于将实验室从蓝图变为现实，为学生开拓出一片坚实的“追光”基地。
实验室的每一寸空间，不仅承载着精密仪器，更见证了张文凯和他的科研团队在光的世界里永不停歇的求索。
“爱因斯坦的相对论告诉我们，光是这个世界上最快的东西，看快的东西都要用光，这就需要把超快和光学结合在一起，就是用这种快速的光去记录肉眼追逐不上的现象。”张文凯深入浅出地解释道。
面对光学的无限可能，张文凯开拓的步伐从未停歇。2023年5月，张文凯团队和合作者的研究成果拓展了对激子光学性能调控的理解，为集成光子设备的设计提供了新的思路；2024年1月，张文凯团队和合作者首次揭示了光激发载流子在晶面间的超快各向异性动力学演变，对于拓展钙钛矿单晶在超快光电子领域的应用具有重要意义，论文在《自然·通讯》（Nature Communications）发表；2024年6月，张文凯团队和合作者研发了一种新型光电二极管，短波红外波段的比探测率超过了非制冷商用InGaAs光电二极管，论文在《科学进展》（Science Advances）发表；2024年7月，张文凯团队和合作者设计出了新型光催化剂，能够更大限度地利用太阳光谱。
然而，张文凯的“追光”之旅远不止于科研探索。在北师大春风化雨的十年里，比“追光”梦想更深刻的，是他对于教师身份的认同。在科研与教学的天平上，张文凯倾注了同等心力。
“老师不是告诉学生该做什么，而是告诉他不能做什么。老师总告诉你做什么的话，其实这个意义很小，因为你的锻炼也不足。”张文凯阐述着他的教育哲学，“我只要把一些错误选项给你排除掉，让你在其余的选项中去自主选择，这个时候就既能增强信心，又增强能力。慢慢地，他的悟性会有提高。”他格外注重培养学生的悟性：“‘悟’这个字很重要，人生就是一个不停开悟的过程。导师要做的就是帮助学生开悟。”不论是在实验室里，抑或在研讨会上，他总是鼓励学生大胆提问、勇于试错。
师傅领进门，修行在个人。张文凯的核心教育理念，在于不给学生设限。“我觉得每个人的成长，都要找到自己的路，把自己的路走出来。人生的道路和科学的道路是一样的，都是在迷雾里寻找。他走出来是他的路，老师只需要给他一个大概的方向。”“人生有很多选择，学物理亦是。我希望学生能找到自己喜欢的事物和自己的价值所在。”他深信，唯有源自内心的热爱，才能驱动持久而卓越的探索。
从宾夕法尼亚的实验室到北师大的三尺讲台，从前沿科技论坛上的追光者到实验室里的筑梦人，张文凯完成了一场关于“光”的深刻蜕变。他追寻“光”，洞悉其改变世界面貌的伟力；他更成为“光”，以智慧与热忱点燃无数学子心中的探索之火。他深知，驾驭光能可以改变世界的面貌，但唯有培育人才，方能塑造未来。
何林的“道”，在于科学价值的传承——被教材书写，被学子传承，凝聚引领人类进步的科学影响力；张金星的“道”，在于前沿领域的开拓——以“长期主义”的韧性，在科研无人区不懈探索，为技术变革锚定方向；张文凯的“道”，在于探索精神的传递——将科研热忱转化为育人动力，激发学生自主探索的潜能。
三位问道者，三条殊途同归的路径。这“道”，是求真，是创新，更是传承。
宇宙究竟有多大？在它面前，人类究竟有多渺小？恐怕没人能给出比物理学家更精确的回答。然而，他们明知天地无垠，依然求索无悔，无惧桑田沧海，但求薪火相传。无论是“京师问道”之旅，还是人类前行之路，都离不开他们谦逊又勇敢的步伐。
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采访：温烨宁
排版：宋紫怡
责任编辑：马赛男 姜思宇
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