我的“教授办公室”

那一年，物理所起了一栋新楼，科研用房充足了。于是所里实行了“教授办公室”制度，给每个研究员配发单独的办公室，免房费。但组里大家还是习惯老师学生坐在一个大办公室里。

过去所里科研用房少，研究人员没有自己单独的办公室，老老少少都挤在一起。贾老师当组长时，坐在“提拉样品磁强计”旁边，我在磁悬浮单晶提拉炉的外间，同屋的还有杨伏明老师和学生。

      课题组的两位奠基元老，贾克昌老师（左）和杨伏明老师（右）

贾老师和杨老师是我们组里的元老，他们曾经各带领过一个课题组。贾老师是磁测量技术和设备的专家，白手起家制作了很多磁测量设备，是磁学国家重点实验室的技术权威。杨老师是稀土金属间化合物磁性材料的著名科学家。我的课题组是在他们两个组的基础上后来组建的。他们坚实的业绩就像土壤，是庭之基，禾之本。

 到我当组长，赶上了“教授办公室”的福利。但我因为尝到过大家挤在一个办公室的甜头，就一天都没有去坐过。我的书桌和学生在一起。

 我们做磁性材料的，发现新材料是第一目标，既可以提高发表文章的档次，又获得了保护知识产权的专利。但仅仅在我们“金属磁相变材料”这么个狭窄的研究方向中，讨生活的研究组全世界何止四五十个！竞争对手们都不是善茬子，人人都对着周期表琢磨，把其中合用的二三十个元素排列来组合去，天天督促着学生合成材料。那么，在如此激烈的竞争中，凭什么新材料被你发现呢？我们的诀窍之一，就是要和学生坐在一起，和这些在第一线做实验，收集数据，分析结果的学生们朝夕相处一室。

 新材料的“蛛丝马迹”往往藏在“折腾”老材料的各种现象中。线索有时是曲线的一个奇点，或者变化中不起眼的异常，甚至是纯相中的杂相。要想从中看出端倪不仅需要多年的经验，更需要和亲手做实验的学生一起追溯实验细节，排除误操作，确认异常现象。

 指导学生对原始数据的整理是有讲究的。由于老师常常要求学生对现象做出解释，因此学生往往具有扬弃说不清的结果，或者放过奇怪现象的倾向。为此我常嘱咐学生，即使很有可能是仪器故障所导致的异常，也不要轻易置之脑后，无法解释的测量结果一定要和老师一起甄别一下。和学生坐在一个办公室就有这样的方便，可以凑到学生的计算机前去讨论。随时调出所有原始数据，包括那些“怪异”的曲线，方便地一起分析核对。如果指导教师接触实验数据被安排在学生来老师办公室汇报，或是在组会上讲解的时候，对原始数据的筛选就不是师生一起做了，漏过有用信息的风险就会大得多。

 我们最基本的数据分析，多数是按照某种排序，比如材料成分的变化，把测量结果排列起来，学生谈自己从中发现了什么规律，并指出与当初预期的异同。这个时候我习惯启发学生考虑是否还有更多的角度，更多的方式进行数据对比。“比较是最基本最重要的分析”，我发现这句话跟新生唠叨多少遍也不嫌多。我觉得，对于“归纳-推理-结论”的思维方式，学生在以往教育和日常生活中已经熟练掌握了。一个初涉科研的学生，所差的仅仅是切入这个循环的突破口在哪里？我指点给学生的就是“多比较”。俗语说“师傅领进门”，科研入门其实并不神秘。在学生桌前，还方便跟他们换个座位，亲手操作鼠标键盘画曲线，不知不觉中就把科研经验，思维方式和操作技巧潜移默化地传输给学生了。中国话说“言传身教”，“耳提面命”大概就是这个样子吧。

 如果说业绩让人兴奋，那么原因有时很简单。我们组里的老师同学，就是凭着这个“同处一室”的秘诀，找到了不少新材料。

 目前磁相变材料有三个大家族。Heusler合金家族里面6个体系的3个是我们组首先报道或独立发现的；六角MMX合金家族的“居里温度窗口效应”是我们发现的，把这个家族变成了真正的磁-结构耦合的相变材料；而d-metal合金则完全是我们自主发现的新型磁性功能材料家族，名字就是我们命名的。这些还不包括王文洪做的（我不是十分熟悉的）半Heusler拓扑物性材料和两种宽温域跨室温的斯格明子新材料。这些材料的故事，留在以后再说。这里先讲讲和磁相变材料物理性质有关的小片段。

 所谓磁相变材料，就是又有磁性，又有相变特性的功能材料。这里说的“相变”，也叫“马氏体相变”。如果把周期排列的原子比喻成一个阅兵方阵，那么发生马氏体相变就是按照某种规则，让士兵做个微小移动。比如，单号排的向左跨出小半步，双号排的向右。这样原来的方格阵列就变成平行四边形的马氏体阵列了。别看原子位置的这点变化，可能导致周围电子云的明显变化，材料的磁性、电阻、形状、内应力、以及强度、柔韧度和弹性等许多物理性质都会跟着发生突变。马氏体相变可以由变化温度，施加外应力和施加磁场来驱动。撤去这些驱动力，马氏体相又会变回原来的母相，叫做“逆相变”。

 磁相变材料这种对外界作用的敏感性，性质变化的多样性，非常适合用来制作探知环境变化的传感器和影响周边物质的驱动器，被称为“智能材料（smart material）”。下面的两个图是测量一种磁相变材料由温度变化导致相变过程中磁性变化的结果。

Heusler型磁相变材料Ni2MnGa合金在温度（横坐标）变化时相变（曲线的突变部分）导致的磁性（纵坐标）的变化

这两个结果是我的第一个博士生王文洪测量的。那时不光我们师徒在一个办公室，而且测量设备也在同一房间。我俩经常站在仪器前对这类测量曲线评头品足，指指点点。忘记了是哪一天来了灵感，说为什么不把同一块样品不断研磨成越来越细的粉末，看看研磨引入的内应力如何影响相变？果然，粉末变细到一定程度，原来的两次马氏体相变（左面图中的两个圈圈）变成了一个（小于50微米的那条曲线只有一个圈了）。这说明内应力增大到一定程度，就可以改变马氏体相变的路径，引导马氏体形成不同的结构（马氏体的种类很多，取决于方阵中士兵不同的移动规则）。这个性质的发现，仅仅是因为巧妙地利用了粉末研磨的简单方法。

 右面的图是放大的相变回线。温度降下去再升回来所走出的回线代表一个相变-逆相变的循环。最大的回线是完整循环:先降温，使母相完全转变成马氏体，再升温回去，实现完全的逆相变。文献中前人都是这么测量的。我们“面壁”这些曲线次数多了，有一天忽然想到，如果降温走到一半，不等相变完全结束就掉头升温，回线会是个什么样子呢？结果就得到右图“大圈套小圈”的样子。圈越小表明马氏体分量越少，所有圈的缩小方向都是朝着左上角。这个实验结果验证了热弹性马氏体相变的性质是由两相界面摩擦和马氏体份量主导的物理机制。

 上面两个工作各发表了一篇Physical Review B的文章，是我们组首次在这个杂志上发表论文。工作的idea就是来自我们师徒对实验曲线的共同“面壁”和相互启发。

 我总是把学生和实验设备当成是科研的宝贝。我就像个守财奴，总想把宝贝都揽在身边。2014年，物理所M楼完工，磁学室整体搬进新楼。新楼没有内墙，使用者可以自行设计如何隔间，在哪里开门。我们就随性地隔出了一间宽大的办公室供大家坐，并在旁边的套间里安置了5台进口测试设备，以便能够随时走进去看看测试结果。

      我们过去在B楼的办公室（左），2014年全组搬入M楼新办公室（右）。过去在一起，现在还在一起。墙上的毛泽东像是贾老师从1972年精心保存了40年，一直挂在他办公室的。贾老师退休时我答应过他，请他放心，我的办公室在哪里，这个像就挂在哪里。这倒并不一定说明我与贾老师对此有什么相同的认同，只是为了这个他认为必须尊重的象征，不会因为他的离开而令人尴尬地堆在哪个角落里蒙尘

所里实行“教授办公室”制度，是创造条件，方便研究员之间交流的举措，与过去办“午餐会”和现在开“咖啡厅”的目的是一样的。我在M楼的“教授办公室”在9层，坐在里面与4层的学生交流实在是太不方便了。但我坐在4层，想要与9层的教授们交流的时候也要乘电梯上去，不如同处一层，端着茶杯串门来得方便。两种交流只能有一种方便，鱼和熊掌不可兼得，算是有得有失吧。其实，只要是个合格的教授，书桌放在哪里，哪里就是名副其实的“教授办公室”。

2017年“五一”劳动节于钱家店镇