中国妇女报全媒体记者 田梦迪
个人简介：周树云，清华大学物理系长聘教授。多年来从事凝聚态实验物理研究，主要利用基于同步辐射光源和超快激光光源的多种尖端实验技术，在低维量子材料的电子能谱及超快动力学研究等方面作出了重要贡献。2017年2月，获第十三届“中国青年女科学家奖”。2024年10月，获第六届“科学探索奖”。
“即使是万亿分之一秒的时间尺度，借由那一束激光带来的光亮，我们率先窥探到自然的一个小秘密，满足一下好奇心，就很美好了！”近日，清华大学教授周树云凭借其在周期光场驱动的光致新奇物态调控方面的成果荣获第六届“科学探索奖”，在颁奖现场，她动情地讲述心目中的物理之美。
周树云在第六届“科学探索奖”颁奖现场讲述心目中的物理之美。受访者供图
与物理结缘，在科学秘境中探险
从高中时代起，周树云就对物理很感兴趣，并对力学、电学等看不见、摸不着却又与生活息息相关的东西有着强烈的好奇心。高考报名时，她按照录取的难易程度报了几个专业，其中包括“现代应用物理”。“很多同学是奔着‘应用’二字来的，结果入学第二年，‘现代应用物理系’改名为‘物理系’。”周树云笑着回忆道。
大三那年，中国科学院院士朱邦芬老师第一次在清华大学开设了《固体物理》课程。“我觉得固体物理还是挺有意思的，于是鼓起勇气跟朱老师说希望跟他做点研究。”周树云向中国妇女报全媒体记者介绍，在朱邦芬老师的指导下，她写了近千行的Fortran程序（一种编程语言），用力常数模型去探究碳纳米管声子谱的同位素效应。
其间，周树云遇到了计算结果跟参考文献不完全一致等诸多困难。尽管被各种技术细节问题困扰，暂时也没有找到解决问题的办法，但那段经历却让她对凝聚态物理研究有了一定的了解，并产生了浓厚的兴趣。
“凝聚态物理研究的是材料中的物理，与当今的信息技术发展密切相关。”周树云介绍，“现在计算机的发展进步得益于对硅半导体的应用开发，我们的研究就是希望能研制出更好的材料去推动信息技术的发展进步。新型二维材料在这方面具有重大潜力，深入理解其中的基础物理将有助于找到性能更加优异的材料，使其在未来发挥巨大的应用潜力。”
周树云（前排右三）和实验团队成员合影。图片来源：清华大学微信公众号
勇闯无人区，向极微观领域拓展边界
低维量子材料包括碳纳米管、石墨烯、过渡金属硫族化合物等，以其新奇的物理特性和全新的器件应用而广受关注。例如，相比于石墨的三维立体结构而言，石墨烯以其单原子级厚度可以被视作“二维”这样的低维材料，其中的电子结构也会因为维度的降低而发生剧烈的变化。周树云的研究，正是要探索二维材料及拓扑材料的非平衡态超快动力学和光致新奇物理效应，尤其是致力于实现周期光场驱动的瞬时能带调控和瞬态相变。
“1秒的1/60，是人眼的时间分辨率；0.1纳秒，是5G赫兹网络传输一个字节所需的时间；但今天，我要讲的是更短的时间尺度，十的负十二次方秒，万亿分之一秒。”周树云说，在这样的时间尺度上，探索用光来调控固体材料的物理性质，改造它的“基因”。
在非平衡态超快动力学和瞬时物态调控研究中，一个备受关注的重要研究方向是通过周期振荡的势场诱导量子物态的变化，进而实现对其电子结构的调控，该方案被称为弗洛凯调控。
去年，周树云团队首次在半导体材料黑磷中实现弗洛凯瞬时能带调控，并发现独特的光学选择定则，为调控材料性质、开发新型器件奠定了坚实基础。
目前，国际上这方面的研究备受关注。周树云团队希望弗洛凯能带工程可以在更加广泛的材料体系中被实现，从而为更加自由地调控材料的性质提供一种新的途径。“想象一下，用一个万亿分之一秒分辨率的摄像机，拍摄电子在材料中跳舞的‘电影’，那是多么神奇。如果我们能用飞秒脉冲激光去调控材料的物理性质，我们就有希望实现更高速度的器件。”提起物理，周树云的双眼满是星光。
阅尽千帆，基础研究中收获满足
“‘科学探索奖’注重原创，注重拓展知识的边界，获得这个奖是一份特殊的荣誉，是对我们前期研究工作的认可，也是对我们进一步探索前沿基础科学领域的鼓励和期待。”站在第六届“科学探索奖”的颁奖典礼，来自舞台的一束光似乎照亮了周树云在科研领域不断前行的路。
据介绍，“科学探索奖”设立于2018年，是一项由新基石科学基金会出资、科学家主导的人才遴选公益奖项。每年，它会遴选不超过50名青年科学家，每人在5年内可获得300万元奖金，用于自主展开科学研究。
在自主展开科学研究的20余年，周树云不断更新对物理研究的认识，在点滴积累中发现物理之美。“上大学的时候只觉得大家都比较关注‘应用’，其实不太清楚‘物理’究竟是要做什么。”周树云进一步解释，基础研究不一定在最开始就被认为是有用的，但她长期埋头于基础研究后，逐渐发现了其中的乐趣，并且，她意识到基础研究的成果对科学发展蕴藏着巨大的价值，“从这个意义上讲，我们努力拓展知识的边界、不断创新科学的前沿十分重要。”
在科研领域中遇到各种各样的困难和挫折，周树云始终以坦然乐观的心态面对：“毕竟探索的是无人区，总会遇到没有头绪的时刻，一旦想到办法跨过这些坎坷，就会发现自然界中还有如此神奇的事情，这种窥得自然奥秘的满足感值得大家不断努力探索。”
不惧挑战，持之以恒终有所得
作为本届“科学探索奖”7名女性获奖者之一，周树云也曾经历过比较忙碌、辛苦的日子。在那段日子，她心中反而更明确了两件事：尽管工作如此繁忙和疲惫，但从未想过放弃，这让她确信自己对科研的热爱是源自内心的；再者，既然能够挺过如此艰难的时刻，她相信未来没有什么困难是不可克服的。
就像她在Nature杂志人物专栏中读到过的许多科学家的故事一样，每个人都可能遇到困难，但只要坚持不懈，就能不断成长和进步。做科研就要有不怕困难的精神，教学中她常常用来鼓励学生的话是：“登过3000米的山峰，再看到2000米时就不会感到恐惧。”
2022年年底，周树云回到清华10年整，她终于和合作者第一次实现了飞秒脉冲激光对半导体材料能带结构的调控，调控的时间尺度是十万亿分之一秒。曾经以为遥不可及、近乎科幻的奇迹，那一刻如此清晰地呈现在她的面前。
在“科学探索奖”颁奖典礼上，周树云谈到对未来的展望：“在更快、更强、更小的尺度上探索材料的秘密，是期盼，也是责任，希望我们的每一个小进展都能为超快科学领域带来鼓舞和推动。”
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