为何2021研究前沿遴选了这些材料领域的新势力？

一、导读

2021年度《研究前沿》又如期而至，同2020年相比，有哪些变化？哪些研究领域入选？从中折射出怎样的学术发展趋势？

提及“研究前沿”，不禁回想起SCI前东家—汤森路透在早期发布的报告中描述的那样“不同研究者在探究相关的科学问题时会产生一定的关联，尽管这些研究人员的背景不同或来自不同的学科领域”，这句话可谓言简意赅的概括了这一年度报告的核心要义。

同去年相比，今年的新兴前沿入选数目为61个，是去年38个的1.6倍，短短一年，折射出新兴研究的更替更加迅速。表面上看，是各个学科的突飞猛进，实则是学科交叉的深度演进，因此，我们把归属材料类的前沿进行汇总，可以探究当下材料学科发展中，哪种研究思维或视角是全球科研界的新常态。

二、材料类热点前沿

基于2021版《研究前沿》的数据，我们把归属于不同学科属性的材料类研究进行了重新整理与排序，得到如下“材料类TOP10热点前沿”。

表1  2021年度材料类TOP10热点前沿

如上表所示，基于研究前沿的排序原理，我们得到了上述材料类研究方向的热点排行榜。如果不看表格最后一列，以上热门研究方向是不是都和“凝聚态物理学”有关联？因此，当代的材料学前沿早已不是单一的材料合成、性质与结构表征的传统研究思路可以驾驭的，必须同基于原子、电子、量子力学、宏观物性等物理学机理进行结合，才能进一步发掘新的研究方向，持续推动学科向纵深迈进。

但是，这样的交叉研究领域对于广大研究者而言，就存在不少研究障碍。如果没有比较扎实的多学科基本知识的积累，仅仅是简单的采用材料合成、表征，并辅以看似“物理”的机理解释和研究，却并没有把握住研究领域的核心内核，就很容易出现所谓的“学术乌龙”。

比如，“钙钛矿铁电材料”这个方向，根据《研究前沿》的描述，该热点前沿并不是传统的氧化物铁电体系，而是目前大热的杂化钙钛矿光伏体系的“铁电性”的研究。其实，这个热点前沿与其说是热点，倒不如说是“热门争议点”。例如CH₃NH₃PbI₃，很多研究认为其空间群是I4/mcm，并不属于极性点群，因此，没有铁电性；但又有研究发现其可能属于I4cm空间群，属于极性点群，存在铁电性。但是，这两个空间群其实隶属于同样的八面体倾斜系统，唯一的差别是后者在c方向是极性的。那么，得到的样品究竟归属于哪个空间群其实取决于研究者在解晶体时采用了哪个模型，因为这两个空间群之间的差别很小（同属于四方晶系）。那么，问题来了，如果研究者想证明其性质属于铁电性，只要其他表征手段体现出了“铁电状”的特征，而晶体结构同时能用极性结构拟合，并在误差范围内，它就是铁电的！如果其他表征手段支持非铁电，那么。。。。。。一样的模式再来一遍。当然，研究者并非刻意而为之，往往是陷入了材料复杂漩涡中而难以抽离，很多“假象”掺杂了某些“真相”，剪不断，理还乱。

关于这个方向，有不少一经发表就被同行COMMENT的例子，笔者记得比较清楚的是分别来自Nature Materials和Energy & Environmental Science的两篇文章：

这一研究热点未来何去何从，目前不好判断。表面上看，这是一个归属于物理学的问题，但核心其实是材料制备和晶体学。杂化钙钛矿体系的光伏、光电等性能优越，但由于包含有机基团，材料又对环境条件极其敏感，因此，每个课题组得到的样品之间能不能有可比性都是一个问题。此外，在无法确保制备时的晶体和测试时的晶体是否处于同样“状态”（化学和物理）的情况下，那么，注定会出现矛盾的实验结果。另外，如果从事这一研究的学者并不是很精通铁电物理就会导致问题更加扑朔迷离，铁电并不是看起来的那么简单。此处，说一个题外话，不少自媒体与科技报道中，经常错误的把domain翻译成“域”，通常而言，如果你看到这样的报道，要么是“机器翻译”，要么就是外行撰写。domain一词在材料、晶体和物理领域经常出现，但在铁电、磁学领域，其正统中文翻译是“畴”。

所以，从事交叉度很高的研究领域的时候，时常出现研究物理的不善于制备材料，对化学合成的一些细节不了解；研究材料的又对物理一知半解，很多时候是通过非经典的文献和资料得来的“二手知识”。那么，想解决这样一个物理和材料化学交叉的难题就非常困难。

三、如何未卜先知未来前沿？

每年的研究前沿似乎遵循着一种“你方唱罢我登场”的模式，看久了其实会出现“学术疲劳”。比如，吸波材料并不是所谓学术新秀，在碳基材料领域早已研究多年，新近的热点前沿只不过是重点关注了“核壳结构电磁波材料”。作为学术新人或者想在新领域开拓的学者而言，绝对不能简单的从热点前沿里找和自己兴趣匹配的方向，因为任何一个方向，5-10年的半衰期定律似乎是魔咒一般轮回上演。

剥离思绪，找到核心  Credit：CC0 Public Domain

想要未卜先知，就需要具备多学科、发散性的思维广度与深度，那么，这就需要具备扎实的学术知识与储备，才能在尚处于发展初期的领域中找到那个关键的脉络，从而预测出下一个前沿。

热点前沿来了又走，走走停停；科学基石稳如泰山，任凭他风雨飘摇，我自岿然不动！

数据来源：

http://www.casisd.cn/zkcg/zxcg/202112/P020211208408005795077.pdf

本文由Free-Writon供稿。