翁红明（右二）和“拓扑电子材料计算预测”团队 新华社记者 金立旺 摄

在2024年6月召开的全国科技大会、国家科学技术奖励大会、两院院士大会上，中国科学院物理研究所团队的研究成果“拓扑电子材料计算预测”荣获2023年度国家自然科学奖一等奖。作为项目第三主要完成人的青年科学家翁红明，于同月获得2024年度陈嘉庚科学奖。

在国际计算凝聚态物理研究领域，翁红明成果颇丰。其中最为人称道的，是他和同事合作首次在固体中观测到外尔费米子和三重简并费米子的准粒子。这是国际上物理学研究领域的重要科学突破，对拓扑电子学和量子计算机等颠覆性技术的发展具有非常重要的意义。

攻克世界级物理难题

1929年，德国科学家赫尔曼·外尔预言了一种新粒子，这种神奇的粒子带有电荷却不具有质量，因而具有确定的手性——一个物体不能与其镜像相重合，如左手与右手互成镜像，但不能重合——被称为外尔费米子。

但科学家们一直没能在实验中观测到外尔费米子，直到2014年12月，翁红明所在的研究组与普林斯顿大学研究组合作，公布了他们理论预言砷化钽家族材料中存在外尔费米子的工作。很快，这个理论预言得到了实验验证。

这一发现的难度在于从众多材料中找到合适的对象犹如大海捞针，要求研究人员必须对外尔费米子和材料物理特性具有相当深的认识。研究过程中，翁红明发挥了至关重要的作用。他从一篇发表于1965年的实验文献中受到启发，通过第一性原理计算，初步认定砷化钽晶体等同结构家族材料可能是无需进行调控的、本征的外尔半金属。这类材料能够合成，没有磁性，没有中心对称，是实验制备、检测都非常便捷的绝佳材料。

理论预言和实验合作发现外尔半金属的工作，入选英国物理学会主办的《物理世界》“2015年十大突破”。2018年，该工作作为49项重要工作之一，入选美国物理学会《物理评论》系列期刊125周年纪念论文集，成为唯一出自中国的工作。

在发现外尔费米子一年后，翁红明和同事又进一步做出“预言”：在一类具有碳化钨晶体结构的材料中存在三重简并节点的电子态。

2017年6月，这个新预言再次被实验证实——三重简并费米子被首次观测到，引起国际物理学界的广泛关注，为探索固体中新型费米子激发开辟了新途径。

预言狄拉克半金属、外尔半金属、三重简并半金属等材料体系并进行了验证，翁红明参与的这些工作成功把拓扑物态从绝缘体推广到了金属，引领了拓扑半金属材料的研究，产生了重要的学术影响。

推进物质研究新范式

在许多人的想象中，理论物理学家的工作就是每天独自埋头在稿纸堆里计算推演，然后冥思苦想，坐等灵光乍现。但翁红明认为，计算推演的确要做，思考分析不可或缺，但和同行的交流也非常重要。

当前，人工智能快速发展，与众多学科交叉迸发出新的发展潜力。近年来，翁红明将精力投入到凝聚态物质科学数据中心的建设工作中，努力发展基于大数据和人工智能的凝聚态物质科学研究，为加快新材料创制打造新型基础设施，做好新范式的探索和示范。

翁红明和合作者开发和部署了物质科学电子实验室（MatElab）平台，实现了人员、样品、仪器和算力之间的“万物互联”，形成了凝聚态物理、材料等领域科研数据的高效稳定汇聚，建设了十多个开放共享的材料数据库，有望解决高质量数据资源短缺的问题，形成以物质科学数据为中心的多学科跨领域科研数据生态系统。

静心探索基础科学问题

一直以来，翁红明都对物理有着浓厚的兴趣，从初中第一次接触到物理便沉迷其中。在填报高考志愿时，他毫不犹豫地将所有志愿专业都填上了物理。最终，他如愿被南京大学物理系录取。

基础研究是应用研究和重大创新的源头，对经济社会发展起着基础支撑和前瞻引领作用，关系科技创新发展的长远未来。翁红明曾经的研究方向是材料的磁性质和导电性质，后来转向电子结构计算方法和程序的发展，而后者是计算凝聚态物理领域中最基础、最具核心竞争力的方向。

转到一个更基础的研究方向，意味着在未来几年甚至更长时间里要耐得住寂寞、甘坐冷板凳。但在翁红明看来，静下心来探索重要的基础科学问题，抓住一些更新奇、更本质的问题，要比做一些“短平快”研究更有意义。

2022年，翁红明因在数学物理学领域的杰出贡献，获得第四届“科学探索奖”。他不断创新，进一步思考如何在拓扑电子学器件研究方面取得突破，促使拓扑电子态理论变成可落地应用的技术。

潜心笃行，躬耕不辍。翁红明在自己热爱的物理领域里砥砺前行，不断攻克基础物理难题，为建设科技强国贡献力量，为人类探索未知科学持续奋进。