本报记者 姚雪青
2024年4月22日，《人民日报》11版 版面截图
图为杜灵杰(中)与学生讨论。李佳昊摄影
原题：南京大学物理学院教授杜灵杰——
探索量子世界的奥秘(科技自立自强，青年科学家)
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在南京大学物理学院教授杜灵杰看来，量子物理研究有趣而纯粹，他加入其中，不断探索科学的奥秘。今年3月，杜灵杰团队的最新研究成果发表在《自然》杂志上，引起了人们的关注。杜灵杰说，探索科研前沿，从零开始建立实验设备，在研究中不断突破思维定势，是一种浓厚的兴趣引领他坚持不懈，不断前进。
近日，南京大学物理学院教授杜灵杰于1986年出生。
3月28日，《自然》杂志发表了杜灵杰团队的最新研究成果。他们利用极端条件下的偏振光散射技术，在砷化钒量子陷阱中测量分数量子霍尔效应的集体刺激。这是自引力子概念提出以来，世界上第一次在真实系统中发现具有引力子特征的准粒子，被该领域的理论家称为分数量子霍尔效应引力子。
这一成就引起了学术界和媒体的高度关注。杜灵杰说，是兴趣引领自己前进，沉浸在纯量子物理的世界里，自由探索，观察它会给世界带来什么变化。
引领兴趣，挑战科研前沿。
杜灵杰出生在江苏镇江。他从小就喜欢问自然现象。他上了高中，发现自己好奇的问题都属于物理范畴，于是选择了理科，本科时去了南京大学理科强化部。
杜灵杰在读研究生时选择了量子物理方向。这个选择在当时似乎有点出乎意料，因为当时的量子物理还是一个“看似无关紧要”的领域——学习它会有什么“用途”还不清楚。杜灵杰看中了它的“有趣而纯粹”。
研究生毕业后，杜灵杰选择半导体作为博士阶段进一步研究量子物理的载体。在博士后阶段，他开始尝试全新的光学实验研究，开始接触分数量子霍尔效应，以扩大研究视野。
分数量子霍尔效应中有一种全新的物态，在微观世界中从未被发现，只有在极端情况下才会被观察到。它的出现打开了人类认识世界的窗口，但由于观察条件严格，研究难度极高，研究人员相对较少。
2019年，杜灵杰和他的合作伙伴首次在光学观测中发现，分数量子霍尔效应中出现了集体刺激，即大量电子集体能量跃迁——就像无数不同形状的涟漪突然在平静的湖面上激起一样。论文发表后，理论物理学家认为可能是分数量子霍尔效应引力子存在的证据。
事实上，多年前有一个理论预测，在凝聚物中可能会有一个分数量子霍尔效应引力子。因其行为规律与引力子相似，在凝聚物质中被形象地称为引力子的“投影”。但是寻找这个“投影”、找出实验背后的机制是非常困难的。
杜灵杰于2019年完成博士后工作，回到南京大学物理学院从事科研工作。他决定挑战这个研究的前沿。
历时三年，从无到有搭建观测“望远镜”
实验的前提是有合适的仪器和设备。然而，当时世界上没有符合要求的实验设备。因为实验条件极其苛刻，看起来矛盾。实验的必要条件之一是强磁场，比地球常规磁场强度高10万倍；另一种是极低的温度，绝对零度(零下273.15摄氏度)高于物理意义上的0.05摄氏度。
虽然设备可以实现强磁场和极低温环境，但在实验过程中需要进行光学测量，“窗户”应安装在设备上。有了光，样品的温度会升高，从而破坏敏感的分数量子霍尔效应，导致观测失败。
“国外团队采用湿式稀释冷却，每天将液氦倒入实验装置进行冷却。但是我们采用干稀释冷却，也就是用压缩机冷却。”杜灵杰解释说，压缩气体的过程会引起振动，使实验更加困难。此外，南方潮湿的环境对光学实验也是一个很大的挑战。
如何消除温度升高、振动、湿度变化的影响？经过一次又一次的尝试，杜灵杰发现“做减法”的道路是不可能的，所以只能“做加法”：通过光学干涉，他和同学们从零开始设计，用新的特殊材料减震，减少热辐射，一点一点地克服困难。
为使各项指标符合实验要求，从2019年8月到2022年8月，经过三年的时间，杜灵杰终于带领团队从零开始设计组装实验装置，放置在一个“节省”的恒温恒湿“超净室”中。这种大型设备长约8米，宽约5米，高约9米，有光源和探测器，就像一个超大的“显微镜”和一个超级“望远镜”。
2022年下半年，这个“望远镜”开始投入运行。在接下来的四个月里，杜灵杰团队夜以继日地寻找引力子激发存在的证据，但他们一无所获。
杜灵杰并不气馁。他把自己锁在房间里，反复对比大量数据，最后从大量数据中发现了引力子激发的微弱信号。之后，他们测量了这个信号在分数量子霍尔效应中具有自旋为2的特性，进一步证实了它是一个引力子激发。
杜灵杰非常高兴。他认为经过长途跋涉，他终于取得了成功。然而，现实给了他一个打击。《自然》杂志以“证据不足”为由，将多年辛苦写作的论文退回。
前面的路又迷茫了。
打破思维定势，迎来科研突破
杜灵杰还没有走出投稿被拒绝的阴影，再次遭到打击。
在去年7月举行的一次国际会议上，一位专家向杜灵杰提出了一个问题:“引力子激励自旋为2，但引力子激励必须自旋为2吗？”
这阻止了杜灵杰。“在此之前，我一直陷入思维定势，和同龄人一样，我也避开了这个领域的‘硬骨头’。现在我们必须正面克服它。我意识到探索的路还很长。”杜灵杰说。
当他回到实验室时，他再次振作起来。“虽然发表文章很重要，但对于科学家来说，更重要的是弄清楚科学问题。我们挑战科学研究的前沿。即使我们失败了，我们至少可以排除一个计划，这是一个成功。”他这样鼓励自己。
这一次，杜灵杰关注了之前从未关注过的数据，意识到激发测量极小的动量是解决问题的关键，从而设计了一个新的实验。“经过半年的测量，我们发现激发信号除了自旋为2之外，还有一个关键特征——具有特征能量。”
杜灵杰今年一月被邀请参加一次分数量子霍尔效应领域的国际会议。这一次，他拿出了有力的实验证据，回答了去年被质疑的问题。与会学者，包括以前的专家，向这位年轻的科学家报以掌声。发现分数量子霍尔效应引力子的实验得到了国际学界的认可。三月份，杜灵杰团队的论文在《自然》杂志上发表，这也是世界上第一次观察到引力子在凝聚物中的新奇粒子。
“人生没有标准答案。做科研是一个不断打破思维定势的过程。”这是杜灵杰的亲身经历，也是他的人生态度。他对未来的研究方向也没有限制。“对纯物理世界的兴趣引导我不断拓展新领域，研究新课题，探索自然科学的奥秘。”
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