追求真理,拥抱世界-我的科研经历(侯博文)
2021-06-08

我是复旦大学光学科学与工程系17级本科生侯博文,今年我获得“复旦大学本科生毕业之星”称号。我非常乐意分享我在复旦的学习生活以及所思所想。

本科期间,我的专业课绩点为3.97/4.0,且在大三学年获得满绩点4.0/4.0。尽管我们所学课程更多偏向工科,但我对于课程背后深层次的物理原理更加着迷。因此,我在德克萨斯大学奥斯汀分校的学期交流期间,以及交换回国半年内完成了所有物理系要求的必修课程,并获得几乎全A成绩。随着我深入地学习,物理向我展示了一个高度统一于基本规律、和谐与美妙的世界,因此进一步激发了我从事理论研究的热情。之后,我怀揣着对复杂的量子体系深入探索的强烈愿望,加入了张浩老师课题组并从事第一性原理相关的光电功能材料物性研究工作。在我本科期间的努力下,我最终发表了四篇SCI期刊,另有两篇正在接受同行评审。这些经历让我对光电材料及多体物理研究有了深入的了解,并坚定了我在博士期间挑战领域内难题的决心。在此我也勉励自己:忌浮躁,勤学习,多思考,多交流。

投身科研

2018年交流回国后,我主动与光科系光电材料方向老师联系,最终发现自己研究兴趣与张浩老师最为贴合并选择加入其课题组。张老师对待新同学十分有耐心,极为负责。从此,我开始了第一个研究项目:低维系统中的应变调控与多体激子效应。通过一年努力,我最终发表了两篇SCI文章,包括一篇以第一作者发表在Nature指数期刊J PHYS CHEM LETT(JPCL)的论文。在JPCL工作中,通过使用GW+BSE方法,成功地获得了MoSSe和WSSe中精确的激子特性和准粒子带;通过应变工程,将JTMDs载流子迁移率调高到石墨烯量级;并通过适当的修正观察到其声子谱LO-TO分裂的消失。显然,这项研究任务对于本科生是极具挑战性的,因此最初我每周投入约85小时学习DFT理论、多体格林函数理论、群论和相关的计算软件包(如VASP、QE、BGW等),这极大地提高了我阅读论文、学习和提问的能力。尽管困难重重,但完成这样一项真正的研究,从论文评审到最后的发表,为我在未来理论凝聚态研究探索铺平了道路。

侯博文与指导老师张浩副教授

这之后在导师的支持下,我继续尝试进行更加有挑战性的课题研究。我通过为激子的复杂弛豫过程编写代码,深入进行了多体相互作用方面的研究。激子凝聚现象的实验观测,要求激子具有较长的寿命。激子弛豫的主要通道为激子-声子互作用,但该过程国际上仅有加州理工Bernardi课题组实现了理论计算研究。这项工作中,我自主研制了代码,经过仔细的收敛、优化、比较和讨论,我定量地预测了二维过渡金属卤化物材料XY2(X=Pb、Sn;Y=Cl、I、Br)中的激子散射过程,计算了有限温度下激子-声子相互作用,获取了激子的寿命;并利用群论预测了激子跃迁路径。该成果为二维材料激子动力学研究提供了理论分析工具,也为实验实现二维过渡金属卤化物材料中的激子凝聚奠定了理论基础。目前我也作为共同第一作者准备该工作的投稿。

在获得了一些多体研究的经验后,我试图从一个全新的角度去探索电子-声子相互作用(EPI)背后的基本机制:对称性。目前关于此课题,我以第二作者发表SCI一区论文Materials Horizon,以共同第一作者身份在Nature合作期刊npj Computational Materials上投稿文章正在进行返修工作。在这些工作中,我通过建立基于群论的散射电子的选择规则,成功地解释了第四族/第五族单层元素中的ab-initio EPW计算结果。值得注意的是,我首次揭示了D3d对称性并不是ZA声子在散射过程中占主导地位的充分条件,这为我们的EPI研究提供了新的策略。对于群论预测与EPW计算之间的某些差异,我通过查阅各种资料,反复讨论和思考,我也创新性地引入了初始/最终状态的C1对称性来消除矛盾。这段经历不仅增强了我的群论背景,而且这些挑战也增加了我对低维材料中的电子-声子耦合的认识。

海外深造

2020年国际局势错综复杂,新冠疫情肆虐全球,北美高校研究经费紧张,此时选择赴美继续攻读博士学位(PhD)并不是一个简单的决定。但是经过再三考虑,我选择出国深造,以将来更好服务社会。特殊时期的选择面临巨大的心理压力和风险,面对压力与质疑,我从未后悔过自己的选择,我也能接受任何最终结果,哪怕申请学校全部落榜。得益于我喜欢挑战的个性,我会选择最困难的路走,一旦自己选定的事情,就一定会拼尽全力,我始终认为年轻人不应该在人生最朝气蓬勃的年纪选择躺平。

我将美国Top30物理系与材料系每一个与我方向相同的教授资料都进行整理,并一一发邮件联系面谈。虽然丰富的科研经历对于我继续攻读PhD是一个强力的支持,但是我永远忘不了申请季每晚惊醒,然后猛刷邮箱的焦虑;也忘不了过去的几年中,几乎全年无休的每天早上七点半坐在办公室,晚上十二点回寝室的努力。申请提交后,经过几个月的等待,我在2021年4月15号前总共收到了五封全额奖学金PhD Offer包括耶鲁大学、哥伦比亚大学、杜克大学等北美名校,最终我选择去耶鲁大学Diana Qiu教授课题组攻读博士学位。能有今日成绩,十分感谢各位老师、朋友与家人的支持。

毕业前夕

除了勤学苦练,“自由而无用”的精神也是作为复旦人的灵魂。刚进复旦,我处在十分迷茫且不知前路的交叉路口,然而复旦给予了我充分选择各个方向发展的自由,几经尝试,我终于找到自己真正兴趣所在,并且毫无顾虑地将自己投入于其中。“无用”于我为“无功利之用”,我不指望研究能够让自己功成名就,只希望有足够自由的时间可以支配,去探索未知的奥秘。

吾日三省吾身,傲不可长,志不可满。既然选择了攻读博士,至少未来五年,我会去挑战领域内硬核的难题,脚踏实地做研究,认真打好理论基础,虚心提问,珍惜光阴。“博学而笃志,切问而近思”会始终激励着我;“光明与真理”是我如一的追求。

感恩与致谢

首先,我要感谢我的导师张浩老师。张老师是我科研道路的领路人,为我详细的做出了科研规划,包括应该从哪些理论开始学习,怎么入手科研。入组初期,张老师总是能够非常耐心的回答我的问题以及不厌其烦地为我提供科研帮助,见证着我每一次进步与成长。在张老师的栽培下,我的物理基础、科研能力、表达能力都有了质的飞越。此外,我也由衷感谢光科系各位任课老师,他们在教学任务中认真负责,详细解答我们的各种学业上的疑问,为我打下了坚实的理论基础。

就读期间获得荣誉:

学术活动:

1. 望道学者

2. 泛海学者)

3. 挑战杯校内小组赛第一)

4. 卓越工程师班(荣誉项目)

各类奖/助学金(校内外,国内外):

1. KLA-Tencor 奖学金

2. Robert E. Apfel奖学金(耶鲁大学颁发)

3. 首届睿郡创新奖学金

4. 本科生一等奖学金(毕业班)

5. 赛默飞奖学金(连续两年获得)

6. 萌志-华宝奖学金