走近CALM学者:醉心于高分子物理世界的特聘研究员张朋飞

编者按:先进低维材料中心(简称CALM)是学校新设立的高层次人才引育机构,已从普林斯顿、耶鲁、加州理工、加州伯克利及北大、复旦、吉大等引进人才近30人。今年暑期,中心师生少有停歇,抗疫情、冒高温坚持奋发工作、潜心科研……让我们陆续走近这些勤奋的CALM学者,倾听他们的所学所得。

酷暑骄阳,难抵情怀炽热。摘下眼镜,目光依旧炯然,透着深沉与专注。甫一落座,一提及普通人颇觉枯燥晦涩的物理,原本沉静的张朋飞研究员眼里闪着光,言及兴奋处,或身体前倾或举起拳头或大力挥手,热情喷薄而出,仿佛孩童进入哈利·波特的魔法世界。“瞄准前沿新型低维材料研发,构建‘从基础研究、应用基础研究到产业化应用’的系统研究链,为东华大学拓展新的学科点。”3年前,东华大学先进低维材料中心主任兼首席科学家程正迪院士描绘的发展愿景,让34岁的美国加州理工学院博士后张朋飞心动不已,正式加盟中心特聘研究员。做研究,他心思纯粹,致力破解一个个高分子谜团;做教学,他激情投入,期待引领更多后浪共探谜局。

“永不言弃”

从农家学子到海归人才,“幸运”是张朋飞提及最多的词。结缘物理,只是他懵懂中选择了自己最擅长的科目。“我那时视野很窄,2001年上大学前连计算机都没怎么摸过。”他也没料到自己要与“高分子理论与计算机模拟”打一辈子交道。“做一行爱一行,要做就做好!”高分考入天津大学后,拿国家奖学金、评三好学生、保送南开大学攻读研究生,幸运可谓接踵而至。博士没毕业,国外导师就主动抛来橄榄枝。因缘际会,辗转于美国科罗拉多州立大学、加州大学河滨分校、加州理工学院跟随Qiang Wang、Jianzhong Wu、Zhen-Gang Wang等学术大咖进行学术研究。

貌似幸运连连,实则是在不断化“危机”为“生机”。研一第一学期,张朋飞一拿到导师李宝会教授递来的两篇文章就蒙了。文中所讲的Wang-Landau算法是当时研究统计物理的全新的蒙特卡洛方法,他听都没听过,更不知如何开展课题。延续中学时养成的独立思考的习惯,他一头扎了进去,却是一头雾水。眼看师兄师姐论文连发,自己却迟迟理不出头绪,张朋飞第一次感受到迷失,不知何去何从。“一定不能放弃。”他一篇篇啃文献,一遍遍去理解,一行行敲代码,花了大半学期终于学会了新算法并独立编写了计算机程序。也因硕博期间培养的良好的独立研究能力,博士毕业前他获得了Qiang Wang教授的博士后邀请,并缔就了长期的合作缘份。

类似“迷而复返”的经历坚定了张朋飞永不言弃的劲头,也促使他不断挑战自我,开拓新视野。刚到美国时,“哑巴英语”让他意识到自己的不足。“我抓住一切机会练习英语,在课题组内也积极频繁地交流。”就这样,他花了半年时间终于克服了语言关。高分子物理重要学术会议开始闪现他活跃的身影,所交流的高校更是大师云集、诲人不倦,张朋飞的学术天空变得越来越开阔,他开始尽情翱翔在高分子物理的世界。

“高分子物理世界魅力无穷”

“宇宙最不可理解之处是它竟然是可以被理解的。”爱因斯坦这句绕口令式的话语,曾瞬间点亮了刚上大一的张朋飞。“理解”不仅在于对单纯知识的学习,更在于对科学真理所蕴含的意义的思考。源于对“理解”的追求,他对做研究充满热爱,并将“热爱”定义为“美好+动力”。热力学三大定律、相对论、麦克斯韦方程组等蕴含的美妙宇宙法则,无不令他赞叹和着迷。“基础研究追求的是真善美,会激发我们的真爱。”他不认为坐冷板凳的研究是种辛苦。“有了热爱就能忍受孤独、深入思考,而不是郁闷的、肤浅的。再大的困难也不是困难。”

“科学需要拓展眼界,不能盯住一个点”,张朋飞对此体会很深,从早期的Wang-Landau算法到经典密度泛函理论、高分子场论等,他不断地探索新问题、新理论和新方法。“同时,科学研究的对象可以很广,但所做的问题必须非常具体。”张朋飞有自己做研究的辩证法。目前,他正在结合学校学科特色聚焦研究方向:聚电解质溶液结构和相行为;高分子理论和蒙特卡洛模拟方法;高分子表面和介面相变现象……张朋飞还十分看重学科交叉与学术交流,“不能闭门造车,要看最牛的科学家怎么做的。”平日他和学术同行好友切磋交流,讨论至兴头甚至饭都顾不上吃。“做研究不光需要努力,有时还需要灵感。”在国外做博士后时,有一次张朋飞在朋友家帮助整理花园时,突然一个想法从脑海中蹦出来,就像一下子捅破了窗户纸,茅塞顿开。“非常兴奋、开心,后来基于这份灵感写就的文章发表在2015年的Soft Matter期刊上。”

入职东华两年来,张朋飞更感受到高分子物理研究的天地广阔,希望将自己及团队的研究专长与学校纺织、材料等学科特色相结合,将高分子物理向材料物理、生物物理扩展,在聚电解质、纺织纤维等方面找到契合点,发现、破解更多谜团。到中心不到半年,张朋飞与中心学术副主任杨曙光教授就发起召开了国内第一个“带电高分子体系的结构与动力学”会议,邀请国内外理论、模拟和实验等领域专家共话带电高分子体系的前沿议题,取得了很好的反响。带电高分子体系一直在结构与动力学方面存有基础科学难点问题。聚电解质,作为带电高分子体系的重要一类,广泛分布于生活世界,小至护发素、纸尿裤,大至生命体内的蛋白质、DNA等。张朋飞计划带领团队采用理论和计算机模拟研究高分子的结构与动力学,理解聚电解质溶液的复杂相行为及各类参数在调控相分离现象的物理机理,并提出实验建议。“它类似于一种思想实验”,理论和计算机模拟不仅可以研究实际条件下的实验现象,还可以研究因技术限制目前实验尚无法研究的体系,为探索未知世界提供崭新思路。

(张朋飞特聘研究员作学术交流) 

“想把这种激励传递下去” 

张朋飞坦言自己是理想主义者,也是乐观主义者。他是爱因斯坦、de Gennes等物理学家的忠实“粉丝”,对科学史话熟稔于心。“文献是死的,故事是活的。”他认为,要真正理解一个学科是如何演绎的,关键要搞明白文献背后的逻辑。在国外,他多次和诺贝尔奖科学家等交流,亲身感受了大师们生活化的一面。“在深受鼓舞的同时,我也非常想把这种激励传递下去。”因而,当程正迪院士发出邀约时,他干脆地回答“好!”,随之谢绝了国内其他高端研究机构的工作机会,来到东华大学的教学科研一线。

“我会静心地培养学生。”张朋飞认真地说。他承担“软物质物理”等课程教学。与其同获青年教师讲课竞赛优秀奖的中心特聘研究员刘浩叹服于他的讲课激情。“听课的老教授们都夸他讲得好,讲义全装在他脑袋里……”一根粉笔,手随思动,满黑板的板书,颇有一根粉笔三尺讲台的老教师做派。他鼓励学生共同探讨,“上课时他们可以随时打断我,这不会让我尴尬,只会让我欣喜。”

作为高校“青椒”,张朋飞虽有各种压力,感觉最大的挑战,还是缺乏真正对理论有兴趣的学生。“这种兴趣,要经得住考验,否则就是假兴趣。”他会有意识地交给学生一些挑战性问题去尝试。“什么是研究生,就是要能独立做成一个课题。”他认为,只有自己亲自做过,才能学到真东西,对一生有帮助。“作为乐观主义者,我也希望学生心态积极,开开心心地读。无论他们选择工作还是读博,我都会支持。”硕士生洪思维因面临疫情期毕业、就业的双重压力备感焦虑,张朋飞就毫无保留地以自己的人生经历安慰疏导。走出低谷的洪思维难掩感激,“张老师更多像我的人生导师”。

正临中心的创业当口,金博娱乐官网直营:搭平台、做研究、带学生、写书稿、进行学术交流……张朋飞的日程如计算机程序模块,一项项快速飞转。张朋飞在松江公租房和中心实验室办公室两点一线间忙碌着,无论多晚他办公室都常亮着灯。“感谢家人的理解和学校的支持。理论曲高和寡,要耐得住寂寞”,张朋飞摸着头不忘调侃自己,“我的白发都出来了,但发际线还在。” 

张朋飞说,他一直记着程正迪院士的叮嘱,基础研究是科学体系、技术体系、产业体系的源头,高分子物理的基础理论需要不断发展来支撑新材料体系的研发。“中国高分子物理基础研究任重道远,虽然我们中心刚起步,但只要能立足学术前沿静心研究,坚持不懈地积累传承,就一定能水到渠成、有所突破。”

撰写:张静、任振夏

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