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浙江大学第二十九届物理节开幕式暨理学大师论坛王恩哥院士报告会顺利举行

编辑:phyzc 时间:2019年11月25日 访问次数:0

20191122日下午,浙江大学第二十九届物理节开幕式暨理学大师论坛王恩哥院士报告会于紫金港校区安中大楼报告厅举行。原北京大学校长、中科院院士王恩哥教授为浙大师生们作了一场题为《Water Interface: Insights from recent study》的学术报告。理学部主任、中科院院士罗民兴,物理学系主任王业伍、副系主任赵道木、副系主王凯,以及全场300余名师生参加本次的学术盛宴,并见证了第二十九届物理节的开幕。报告会由物理学系党委副书记方磊主持。

在报告正式开始前,理学部主任、中科院院士罗民兴教授简要介绍了王恩哥院士。王恩哥是我国著名的物理学家,现为中国科学院院士,第三世界科学院院士,北京大学物理学院教授,现担任中国科学院数理学部主任,美国物理学会会士、英国物理学会会士,曾担任中国科学院副院长、北京大学校长。王恩哥在凝聚态物理领域做出了一系列具有重要影响的工作,曾获得国家自然科学奖、何梁何利基金科学与技术进步奖、中国科学院杰出成就奖和国际先进材料终身成就奖等荣誉。

在报告中,王院士首先说明了为什么要研究水。在简单介绍量子力学中原子核模型的发展历史,并强调全量子化概念之后,他指出虽然在大部分的研究当中,原子核通常被处理为经典模型,只有电子被波函数化,但是如果在研究一个日常生活中经常接触的凝聚态系统过程中,采用氢核运动即全量子化的角度进行研究,并最终表明全量子化的重要性,那么这个工作将显得十分精彩。如果能够表明水的全量子化性质起到重要的影响,而作为由两个氢原子和一个氧原子组成的水分子又在生活中非常普遍,那么这个研究角度和工作就具有较强的说服力。更何况,在当时有关水的许多性质仍存在疑点。因此,在现实与热情的驱动下,王院士一直追求着实现这精彩的工作,而这一做就是做了二十余年。

王恩哥院士介绍了过去他们对水分子结构研究的主要工作历程。借助STMqPlus等探测技术的发展,王院士的团队在实验中“看到”了水分子,虽然成像上是一个红太阳,但在当时是振奋人心的。显然这一成果只是初步的,这并不能解释水分子内部结构、水分子间氢键的取向等更细致的结构问题。面对这一巨大挑战,王院士团队在多年来理论的指导下重新思考设计实验,他们发现了纯金属衬底对水分子结构掩盖的不足之处,因此他们另辟蹊径,在常用的金属衬底Au111)上铺上了一层极薄的NaCl,就是我们常说的食盐主要成分,希望能够减弱金属的杂化效应。并且为了让水分子通过费米面,王院士团队增强了针尖与分子间的作用力,以将水分子“提起”到费米面上。通过这些改进,王院士团队成功观察到了更精细的水分子结构。然后又是在理论与实验的不断改进之下,他们成功在5K温度条件下观察到了4个水分子氢键的取向。在此基础上,王院士团队研究了冰表面的水分子性质,他们发现了冰的表面存在一层熔化的水。但进一步的研究在开始就碰到了困难,他们根本不知道将冰的哪一个表面当做出发点。而在王院士团队精彩的工作基础上,他们的团队又攻克了这一难题,成功得到了一系列有关冰表面水分子的重要成果。

在介绍过去对水分子内部结构和氢键取向的研究工作之后,王院士开始了他的另一段“故事”,将重心转移至全量子化后的对水部分分解问题的研究历程。王院士通过对不考虑核的量子效应时水分子中HD替换产生的平均能量差异曲线,和考虑核的量子效应时的平均能量差异曲线的对比,说明了全量子化在此工作中的重要性。此外,王院士的另一项工作——多分子中质子的转化问题也说明了全量子化在实验中的显著作用效果。接下来,王院士特别说明了研究水的催化过程中核量子效应影响的重要性,他对水是否能过表面的催化作用自发分解这一问题十分感兴趣。恰好在那段时间,Science上发表了一篇关于水能够在Pt表面部分分解的文章,这让王院士十分兴奋,他想让学生重复该文作者Peter的工作,并以此在别的表面上取得新的成果。然而在此过程中,王院士团队发现了问题,他们发现在Pt表面上水的分解是不稳定的,反而不分解才能保持稳定。经过更深层次的研究,王院士团队得到了水无法在PtPdRhAu等表面上部分分解的结论。然而矛盾又出现了,在AFM的观测下,实验图像与早期的模型并不一致,王院士团队对这一问题讨论了大半年的时间才发现实验中得到的Hdown比例小于理论所得的Hdown比例。通过将核量子化,王院士团队成功在实验中得到了全量子化效应可以利用表面催化导致水部分分解的这一重要成果。最后王院士总结道,在未来,全量子化效应在氢元素材料的研究当中将会变得越来越重要。

在“故事”的结尾,王院士分享了一段自己的陈年往事,即使当初有许多王院士的同学劝他转到更吃香的CS行业或是更热门的生命科学,但他始终坚守在探索世界的道路之上,始终坚持着对物理和科研的热爱。王院士这20余年来看似做的是“水”的研究,但简单来讲,就是“Simple things done right”,把“简单”的事做正确罢了。

王院士的报告结束之后就是现场的互动环节,许多同学积极举手发问,王院士对此一一作了解答。如:金属衬底上铺的一定要是盐吗,不能是其他材料吗?同位素中不同的质子、中子数量引起的差异对水分解是不是有什么具体的影响?您是如何在实验遇到瓶颈时突然想到用全量子化去解释?STM中针尖只“提起”一个水分子是如何实现的,该技术是不是能够得到推广?金属衬底对水部分分解的作用是什么?

在互动结束之后,罗民兴院士上台进行了简单的总结,希望同学们能够看到科学的美、自然的美,能够在王恩哥院士身上看到学习到宝贵的科研品质,热爱科学,坚持地诚实地做好科研,不断追求自己所热爱的。在全场热烈的掌声当中,浙江大学第二十九届物理节开幕式暨理学大师论坛王恩哥院士报告会圆满结束。

(文:戴剑豪,图:王栋、丁晨旸)