接下来的几个小时里,徐辰在实验室里查看了大量的测试数据和STM图像。他还快速翻阅了几篇最近关于Mn3Sn薄膜生长的顶刊文献。
看着那些显示着表面重构后杂乱无章原子排列的数据,徐辰陷入了深思。
“这表面重构导致的晶格畸变,恐怕不仅仅是简单的热力学弛豫那么简单。”徐辰盯着屏幕上那些扭曲的原子相,突然开口,“如果我没看错的话,由于空间反演对称性破缺,界面处产生了极强的DMI(德亚洛辛斯基-守谷)相互作用,再加上强自旋轨道耦合(SOC)的干扰,直接导致了磁基态的失稳。”
此话一出,张乐阳倒吸了一口凉气,周围几个原本还在低头干活的博士生也猛地抬起了头,像看怪物一样看着徐辰。
尤其是组里几个做理论计算的博后,表情最为精彩。
他们原本以为,徐辰这次过来,仍然是作为数学外援帮忙指导或者处理数学模型的。说白了,就是物理图像由他们解释,徐辰负责把那些乱麻一样的方程捋顺。
可刚才这几句话,已经完全不是单纯的数学语言了。
DMI相互作用、强自旋轨道耦合、磁基态失稳……这些都是凝聚态物理里相当核心的概念。更关键的是,徐辰不是在背名词,而是直接从STM图像和薄膜畸变里,把背后的物理机制给拎了出来。
要知道,DMI这种微观的反对称交换相互作用,通常极难直接从表面的形貌图中推断出来。物理学家往往需要依靠极化中子散射或者复杂的洛伦兹透射电镜才能确认它的存在。而徐辰,居然仅凭肉眼看图,就敢下这种定论?
这就很离谱。
张乐阳怔怔地看着徐辰,心里忽然生出一种强烈的不真实感。
一年前那次合作时,徐辰对物理其实还带着明显的外行感。那时候很多凝聚态里的基础概念,甚至还得张乐阳给他补两句背景。
可现在不一样了。
徐辰甚至比他们更早看出了其中的物理问题。
到底谁才是物理系的?
这才过去一年,一个数学家顺手把凝聚态物理也学到这种程度了?
几位博后互相对视了一眼,眼神里都写着同一句话:这特么还是人吗?
当然,他们不知道的是,徐辰的物理学等级早就不是当初那个刚入门的状态了。当时他的物理学水平最多只能算LV.1,差不多是一流大学优秀博士后的层次;而现在,经过连续几次跨学科项目的经验积累,他的物理学等级已经来到了LV.2。
所以严格来说,在场的除了李丁平院士,徐辰确实是这里物理水平最高的人了。
虽然他不是专门研究凝聚态物理的,但是这些基础概念还是熟悉的。
当然对一般人来说,可能也并不基础就是了。
……
徐辰思考着。
物理学家们的破局思路在逻辑上是完全合理的。既然表面原子容易乱跑,那就想办法把它们钉死。这段时间,张乐阳他们尝试了极其繁琐的元素掺杂,试图通过引入重原子来增加晶格的刚性;同时还在疯狂测试各种不同生长温度的排列组合。
但这种传统的材料学路线,本质上是一种粗放的穷举试错。就像是在蒙着眼睛配锁,不仅耗时耗力,而且成功率极低。
历史上,爱迪生发明灯泡时试了上千种灯丝材料,这就是典型的物理穷举法;而麦克斯韦只是在纸上写下四个优美的方程组,就预言了电磁波的存在,直接开启了无线电时代。这就是数学降维打击的魅力。
徐辰走到白板前,拿起一支马克笔。“物理上的问题找准了,接下来就是用数学把它关进笼子里。”
这句话一出,实验室里下意识安静了一瞬。
张乐阳莫名有种很微妙的既视感。
一年前,也是差不多这个味儿。 那时候徐辰还没现在这么夸张,但每次一旦露出这种“行吧,我大概知道你们卡哪了”的表情,后面往往就会发生一些不太讲道理的事情。
张乐阳甚至在心里冒出一个念头:坏了,这次该不会又要现场表演现场手撕吧?
……
话音刚落,徐辰拿起黑色的马克笔在白板上推演。
从非阿贝尔规范场的张量推导,到纤维丛上的陈数积分,再到用同调代数强行构建应力补偿矩阵……一个个极其高深的数学符号如同狂风骤雨般倾泻在白板上。
太快了!
张乐阳一开始还想努力跟上徐辰的思路,但仅仅看了三行,他的脑子就发出了一阵超载的嗡鸣。不仅是他,旁边几个负责理论计算的博后也是一脸呆滞。
他们以前也和不少数学学者合作过,但那些人推导时都还有思考的时间,想一会写一会;而徐辰,简直就像是在默写标准答案!他根本不需要思考停顿,那种狂暴的推导速度,他们看都看不过来。
这还怎么跟?
这已经不是“听不懂”了,这是连“自己到底哪一步开始听不懂的”都说不清楚。
不过其实这群人也不用妄自菲薄,因为就算菲尔兹奖大佬来了,也未必能跟得上徐辰的思路。
徐辰面前,众生平等。
……
“好了。”徐辰画下最后一个积分符号,转过身来,“李老师,大概框架就是这样。但我现在推导的只是一般解,要得到针对Mn3Sn的特解,我需要一些更详细的数据。”
“第一,这些不同掺杂条件下的薄膜,它们各自的完整拓扑能带结构。能给我ARPES的原始数据吗?我不要处理过的,要原始的扫描文件,因为我需要自己验证谱峰的线宽和强度。”
李丁平点了点头,示意张乐阳去调取文件。
“第二,你们在生长这些薄膜时用的所有衬底材料——晶格常数、晶向、表面粗糙度。生长时的温度、压力、生长速率、蒸发源的通量这些参数,我需要一份完整的工艺条件表。还有,不同厚度的样品各自的生长时间。“
“第三,最关键的——那些失败的样品,特别是对称性破缺最严重的那几个,它们的表面应力分布有没有测过?或者说,有没有做过原子尺度的应变张量计算?”
张乐阳挠了挠头,有些尴尬地回答:“应变张量计算?徐神,那个……我们组主要是实验导向的,没有人特别擅长计算。之前都是从理论上知道有重构,但具体的应力场分布……”
“那就是没有。这很正常。你们是物理学家,不是计算材料学家。但这恰好是问题所在。”
徐辰在白板上画出了一个二维晶格的示意图,标注出了衬底和薄膜的界面。
“表面重构不是凭空发生的,它遵循最小表面能原理。而表面能的计算,涉及到原子间的相互作用势能、晶格失配产生的弹性应力、以及表面原子的化学势。这些东西加在一起,就形成了一个极其复杂的多维非线性优化问题。”
“单纯用掺杂或温度去调控,就像是在高维空间里瞎摸索。但如果我们能精确地计算出应变张量的分布,就能提前预测——在什么样的外加应力条件下,系统会发生什么样的相变,拓扑相会如何演化。”
……