今年上半年，國際頂級學術期刊《自然》發表的一篇論文引發學術界轟動：南京大學杜靈杰教授領導的國際團隊報告，首次觀察到引力子在凝聚態物質中的“投影”。這一成果引起了學界和媒體的高度關注。杜靈杰說，是興趣引領著自己前行，沉浸在純粹的量子物理的世界中自在探索，想要觀察它將給這個世界帶來什么改變。

出國的意義在于“開闊眼界”

杜靈杰自小就是“別人家的孩子”，每次考試都名列前茅，更是自初中開始一路保送，順利通過了南京大學提前招生，保送進入南京大學理科強化部。

2008年，杜靈杰進入研究生學習階段，開始了量子物理的研究。在杜靈杰看來，物理學純粹而有趣，基礎且重要，是科技發展的基石。杜靈杰說，“一直以來是對物理的興趣引領著自己前行，我喜歡沉浸在純粹的量子物理世界中自在探索，想要觀察它將給這個世界帶來什么改變。”

2011年，杜靈杰拿到美國萊斯大學的全額獎學金，出國攻讀物理學博士學位，之后在哥倫比亞大學從事博士后研究。在國外的幾年里，杜靈杰取得了不菲的科研成績，多次以第一作者、通訊作者身份在知名國際學術期刊上發表高水平論文，在拓撲激子絕緣態、半導體人工晶格等領域取得不俗突破。

“父親經常對我說，學習可以更好地為祖國奉獻，學有所成之后成為一名科學家，幫助祖國科技的發展。”杜靈杰回憶，“我心里明白，祖國需要我，我出國學習就是為了有朝一日可以報效祖國。”

從“黑屋子”出發，向“光”而行

“7:10，升磁場”“23:30開始低溫電子研究”“2:49，降磁場……”在量子極端測量實驗室里，紅色激光一閃一閃不斷改變能量，一束束打到制冷機中的半導體樣品上。信號被捕獲的瞬間，電腦屏幕上顯示出一段段心電圖狀的激發峰，每個波峰，意味著一次電子和光子的碰撞。這是杜靈杰帶領著團隊開展科研工作的一個縮影。

2019年，杜靈杰與合作者在分數量子霍爾效應中觀察到一種新的集體激發，理論物理學家認為這可能是分數量子霍爾引力子存在的證據，并提出了檢測該引力子的關鍵自旋測量方案。這觸發了杜靈杰率領實驗團隊在分數量子霍爾效應中去探尋這類神秘粒子的存在。由于分數量子霍爾引力子的行為規律與引力子類似，而分數量子霍爾效應是通過半導體量子阱這種凝聚態系統來實現，所以它被形象地稱為引力子在凝聚態物質中的“投影”，但找到這一“投影”、弄清背后機制的實驗非常艱難。該實驗對設備要求極高而且看似矛盾，一直極富挑戰性，一度被人認為是不可能完成的。

同年，杜靈杰回到南京大學后，第一時間建立了南京大學量子極端測量實驗室，打造了一間可以將溫度、磁場、震動等實驗條件推向極致的“黑屋子”。他白手起家，歷時3年，帶領團隊從無到有，自主設計、集成組裝了一套極低溫強磁場共振非彈性偏振光散射系統。依靠這一利器，團隊夜以繼日，堅持不懈，最終用完整的實驗證據，向世界宣告首次在實驗上發現具有引力子特征的準粒子。

“基礎研究的東西都是面向未知的。國家、學校和學院給予我們很大的自由空間，可以花幾年時間搭建儀器設備，可以沉下心來從事基礎研究。這些年來，真的能感覺到我們國家對基礎研究投入的重視。”談到這漫漫四年的經歷，杜靈杰如此感慨。

探索人類知識的邊界，就像是在無人區摸索，但這也并非杜靈杰第一次勇闖科研無人區。面向極微觀物理，杜靈杰與合作者在半導體系統中首次觀察到激子的分數量子霍爾效應，為關聯玻色子系統拓撲物態的研究打開新方向。其相關成果發表于國際頂級學術期刊《自然》，并獲得2023年中國半導體十大研究進展提名獎。

科研做得好，學生也帶得好。作為導師，杜靈杰堅持以學生為中心，認真了解、深入剖析學生的特點和優勢，因材施教，深度激發學生的最大潛能，開辟學生的成長成才之路。他鼓勵學生們嘗試多個學科間融合，有效拓寬視野，也將自己的學習、研究經歷作為經驗分享給學生。歸國五年，杜靈杰手把手帶著學生由“黑屋子”出發，逐步走向明亮處。

揮灑智慧，深耕創新“試驗田”

杜靈杰一直走在創新研究的路上。以往，量子物態的研究主要依托于天然材料，這些材料的晶格無法改變。杜靈杰發現半導體電子人工晶格可以提供實現量子物態的新思路，這種人工晶格可以按照需求在半導體中的兩維電子上創造出自然界中存在或者不存在的晶格結構，從而調控能帶并實現特定的電子性質。之后杜靈杰與合作者排除困難，實驗上首次成功在砷化鎵量子阱表面制備了蜂窩量子點人工晶格。后來他又研發了一套新的制造工藝，成功制備出具有當時最小晶格周期（30nm）的半導體人工晶格，以及場效應管調控的半導體人工晶格器件。這些工作奠定了在半導體人工晶格這個新的平臺上實現不同拓撲結構和新型量子態的基礎。

“之前大部分材料的晶格都是天然的，現在我們可以通過半導體電子人工晶格自己創造晶格。”杜靈杰解釋道，晶格和能帶是現代半導體的基礎，能帶的調控意義重大。這就是科研創新的意義。

2023年，江蘇設立了3個基礎科學中心并推動實體化運行，探索統籌推進教育科技人才體制機制一體改革，不斷激發科學研究的不竭動力和創新創造的旺盛活力。以南京大學為主體的物理科學研究中心成為物理學科研人員的創新“試驗田”。2023年上半年，杜靈杰的研究曾一度陷入困境：實驗要重新設計，前景未知，還需不斷投入資金。得益于“試驗田”承擔的科技體制改革使命——充分的科研自主權，鼓勵科研人員“敢于提出新理論、開辟新領域、探索新路徑，在獨創獨有上下功夫”。短短一年，杜靈杰帶著學生在這一塊年輕的基礎研究“試驗田”里耕耘，夕寐宵興。“堅定的科研支持、充足的經費保障，為研究雪中送炭，”杜靈杰如是說，“有了長期穩定的資助，可以專心干科研。”

量子物理學家深邃的工作與普羅大眾之間似乎天然豎起一道不可逾越的鴻溝，神秘的量子在人群中的最終歸宿似乎只能淪落為一個陌生的名詞。關于量子物理在生活中的應用，杜靈杰解釋，其實量子已經滲透在我們生活中了，比如我們手機上的一些半導體材料、醫院的磁共振成像都用到了量子物理，還有多媒體教學使用的激光筆，激光本身也是跟量子力學有關。量子物理的每一次創新突破勢必能推動國家科技的進步，改變人類生活的方式。“作為科研工作者，我們當然希望自己的研究成果能為國家高科技發展有所助力，能為人類生活變得更美好做出一點點貢獻。”

揚子晚報/紫牛新聞 楊甜子

校對 盛媛媛