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师从诺奖得主,实验室「玩乐高」一作兼通讯发Science创纪录!

2024-07-24科学

师从诺奖得主是什么体验?既做科研、又做博主又是什么体验?

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在实验室玩「乐高」

发表了Science是什么体验?

杜立,江苏常熟籍,2016年南京大学物理系本科毕业后,顺利升读MIT攻读博士学位。刚踏入MIT实验室,便接手了一项备受瞩目的任务——博士生导师、诺贝尔物理学奖得主Wolfgang Ketterle教授交付他设计并建立一个全新的量子气体实验室,旨在开展超冷原子镝(Dy)的实验研究。

今年5月,借助新实验室的设施,该团队在【Science】杂志上发布了一项重要成果,展示了一种崭新的超分辨率技术。他们展示了在50纳米间距下,磁性「乐高块」之间的长程相互作用,相比于500纳米间隔,该相互作用强度增加了1000倍。这一发现打开了探索新物质的大门,并为未来的量子模拟、量子计算等领域的发展带来了新的启示。据悉,杜立的研究团队利用镝原子的长程相互作用特性,借助双频率-双偏振超分辨率势阱技术,成功实现了原子间距的显著缩短,
对于量子模拟、量子计算等领域的进展具有重要意义。

这项研究不仅展示了杜立在超冷原子物理领域的科研成就, 还彰显了他在MIT实验室八年来 持之以恒的努力和坚持。

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没有「小导师」的实验室

「Ketterle的实验室里没有所谓的‘小导师’,所有的学生都由他亲自指导。」杜立说,Ketterle有5个实验室,每 个实验室每周都会单独开3个小时左右的组会,周五还有持续2小时的大组会。

Wolfgang Ketterle(1957年生),美国麻省理工学院物理系教授/超冷原子中心主任,专注于研究冷原子捕捉以使其接近绝对零度,因「在碱原子稀气体中实现了 玻色-爱因斯坦凝聚 并对凝聚物的性质进行了早期基础研究」与Eric A. Cornell、Carl E. Wieman共同获颁2001年诺贝尔物理学奖。


这项研究介绍了一种没有基本限制的新方法,借鉴了光学超分辨率显微镜的关键概念: 通过超越衍射极限的精度确定受衍射限制的艾里圆盘的中心位置。 在这一方法中,利用深光学晶格或强光镊束,可以将原子定位到10nm的尺度,受限制于可用功率和自发光散射加热。


在传统的超分辨率显微镜实验中,分子是按顺序成像的,而捕获原子需要同时约束在 亚波长尺度 上。一种可能的解决方案是使用两种不同颜色的光来捕获两种不同的原子,然而在量子科学中常常需要相同的原子。

因此,研究人员采用了一种策略, 利用Dy的两种相反自旋态 不同频率 的两种不同偏振光——双偏振和双频率超分辨率方案。与自旋1/2和碱原子不同,基态Dy具有强大的张量极化率,导致产生有害的双光子拉曼耦合。

然而,这种耦合被两个光势之间的频率偏移所抑制。张量耦合的残余对角部分使该研究方案更为稳健,因为它为162Dy创造了一个孤立的双态 希尔伯特空间 ,mJ=±8的自旋态与其他15个自旋态之间存在显著能隙。

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最大的「敌人」其实是自己

他坦言,面对诸多难题,自己也曾想过放弃,好在每一次自己都坚持了下来。

杜立从小就对物理学展现出浓厚的兴趣,而他的家庭也一直在培养他的科学素养。 值得他铭记的是,在初中时期,他通过网购实验仪器,独立完成了一个无线电发射器的自制实验, 这一经历对他的科学探索之路产生了重要的影响。

杜立的科研之旅始于2016年,当时作为一名博士新生,他积极应对设计搭建镝原子量子气体实验室的挑战。经过多年的不懈努力,他所领导的团队在2020年成功实现了镝原子的玻色-爱因斯坦凝聚态(BEC),并在此基础上取得了本次研究的重要成果。这一里程碑性的突破不仅标志着团队在超冷原子物理领域的科研实力, 也为未来的 量子科学研究开辟了新的可能性。

除了在科研领域取得的成就, 杜立还是一名科学普及博主, 在抖音平台上拥有账号 「Schrodingers_Li」。

杜立似乎找到了共通之处——都需要「台上一分钟,台下十年功」的艰苦付出。尽管每个视频的时长并不长,但制作过程却常常需要耗费一个月的时间,因此他认为「做科普视频也必须拥有匠人精神」。 通过在陌生领域的探索, 杜立获得了意想不到的收获。

在他的粉丝中,有一群特殊的「小粉丝」,他们大多来自二三线城市,却对物理充满热情,包括一些中学生。他们私信提出物理问题,或分享对物理世界的奇思妙想,杜立都会积极与他们互动。

他深知,并非所有地方的学生都能接受到最优质的物理教育和训练。作为一个来自普通县城的他,曾险些错过学习物理专业的机会,因而对物理有着深厚的热情和理想。 正因为自己曾经历过困境,他愿意为后来者多撑把伞,助他们少走弯路。

杜立的求学和科研之路,仿佛验证了那句「当你真心渴望某样东西时,整个宇宙都会来帮忙」的道理。

就像传说中的「牧羊少年」一样,他必定还会发现更多属于他的宝藏, 继续探索、努力前行,开启更多令人惊喜的未来。