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[兰州大学报]中国梦·兰大梦系列宣传报道之六:
“大神”养成记——记信息科学与工程学院2013届本科生杨帆

日期: 2013-07-16 点击: ...
   

通讯员  马莉

  隐形衣在很多人看来是神秘魔力的产物,而我校兰州大学信息科学与工程学院梅中磊副教授课题组用科学揭开了隐形衣的神秘。目前,他们已经能够实现直流情况下的隐形。课题组成员、2013届本科毕业生杨帆毕业前,在梅老师指导下,作为第一作者在国际权威刊物上发表了两篇论文。第一篇论文DC. Electric Invisibility Cloak(直流电型隐形衣)于2012年6月被物理类期刊的最高刊物Physical Review Letters(PRL)接收,而他论文中的图片成为那期封面图片,创造了一项兰大的历史;第二篇论文A Negative Conductivity Material Makes a dc Invisibility Cloak Hide an Object at a Distance(外部隐形衣)于20133月被Advanced Functional Materials(AFM)接收。

结缘梅老师

  师徒俩相识于梅老师的电磁理论课,这门课上,梅老师会将电磁理论前沿知识作穿插介绍,而杨帆对这些很感兴趣。秋季学期杨帆申请了君政学者,他将自己的课题与梅老师所讲的前沿知识结合,并向梅老师请教。这正符合梅老师对本科生课外科研的期待,所以欣然接受并悉心指导申报。尽管杨帆落选,但他给梅老师留下了很深的印象。

  做理论研究要熟练掌握科学计算工具,杨帆也参加过数学建模比赛。大三时,他参加了第五届甘肃省大学生创新杯计算机应用能力竞赛,比赛主要是MATLAB软件(商业数学软件)的操作,杨帆请梅老师指导自己,并获得全省一等奖。梅老师说“当时我对这个比赛不太抱希望,但他做得很好,我很吃惊。”

  那次竞赛之后,梅老师给他留了一道画电力线的题目,这个题目他同样留给了研究生,研究生有些半推半就,杨帆却很快就搞定,这件事打动了梅老师。而且杨帆的想法正是课题组所期望的,梅老师开始确信他科学计算的能力达到了做科研的要求,此时梅老师就决定将这个本科生吸纳进自己的课题组了。

“爱惹事”的特质

  杨帆论文选题来自梅老师团队所研究的电磁隐形的大课题之下,谋划这个课题时,他刚学完电磁理论课程,理论知识达到课题要求。梅老师说:“研究生的主动性没他强,他的热情让我确定将这个课题交给他。”

  梅老师最看重杨帆身上两个特质。首先是他的自学能力非常强。课题组做得很多内容,包括杨帆发表的两篇文章和他的毕业论文,涉及的知识覆盖面比较广,但实际上只需跟他说个方向,他很快就能赶上。第二篇论文需要作图,但学校没有相关美工。在梅老师的建议下,他很快就学会了制图软件3D max,并自己完成论文中的制图。研究也要用电磁仿真软件,这是本科生没有学过的。通常梅老师给他演示一遍,再给他一个以前的例子,让他自己琢磨。他会立刻去做,所以能跟上课题组的步伐,并很快有结果。

  第二是他的求知欲特别强,“他学东西时就像拧海绵里的水,一定要从你身上挤点东西,恨不得把你身上的东西全部吸收过去。”在没有任务的日子里,他会主动来问梅老师提说过的事,拷贝相关的软件和优秀论文,生怕老师忘记。当老师有新想法、新进展,他就急切地想要了解,并且不达目的不罢休。“这正是很多研究生欠缺的一点,一些研究生会认为揽上这件事就会很忙。他不是,他就‘爱惹事’。”

发表论文的那些事

  用英文写论文对本科生来说是很难的,但当梅老师说:“杨帆,数据出来了,我来写”时,他主动要求自己写。首篇论文的第一稿就是杨帆自己用英文写的,他说自己要注意模仿权威刊物上文章的语感和美感。通过这次写作,他掌握了论文写作的整个框架结构。首篇论文也投了其他一些期刊,都被拒绝,不过最终被PRL接收已让二人很满意了。杨帆说,“(在发表之前)没觉得会有这么重的分量”。

  首篇论文之后,梅老师只需说“杨帆,你整理一下”就行了,他自己便知道要怎么做,老师只需做最后的修改。“英文是一个工艺,这是必须的”,采访中杨帆多次讲到梅老师的这一要求。
论文送审后,由两个编辑审查,给他反馈意见,他会根据对方意见再次修订,双方沟通都是通过英文邮件进行的。论文送审前已反复修改,送审后,又改了两次。比如第二篇论文他是用不同的颜色做图片示意,但AFM印出来是黑白的,最终双方协定用不同线型。

隐形衣的故事

  学术期刊最终是否选择发文是看论文有没有卖点和创新。杨帆首篇论文有两个创新点:首先是第一次实现了直流频段隐形的实验论证,通过实验证实了直流情况下的隐形可行;第二个是用实验搭建电阻网络,用电阻网络实现各向异性电导率等效的方法来实现直流电情况下的隐形。各向异性的电导率是非常复杂的,或在自然界中是不太可能的,但用他们的实验方法,便轻而易举。而且这个实验所需的元器件,在普通元器件商店都能买到,只要是有电路基础的人都能制作,并做出这个实验结果。

  “提起隐形衣,我们最熟悉的是Harry Potter的隐形衣”。梅老师介绍到,这样的隐形衣科学界也在做,叫光波段(可见光)的隐形衣。光也是一种电磁波,所以整体上做的隐形衣都叫做电磁隐形衣。如果电磁的频率较高,高到光波段的频率,就是在光波段上的隐形衣,意味着人的眼睛是看不到的;若频率较低,低到比如说像雷达使用的频率,此时就是在隐形飞机上的应用——飞机在天上飞,但雷达探测不到;若频率再低一些,低到直流,就是他的课题组在做的。隐形衣是分频段的,比如在声波的频段上也有应用,这种隐形可以应用于潜艇,因为潜艇是用声纳(声波)来探测的。晚上有夜视眼镜,可看清人发出的红外信号,但如果隐形衣是工作在外频段的,晚上穿上它就不会被探测到。光波段的隐形在实验室中是可实现的,但有些缺点,比如频段非常窄——例如只对红光有效,绿光或白光就不行了;或是体积庞大,是个厚的壳,甚至比人的个头还要大,而且远远达不到Harry Potter的隐形衣效果。完美的隐形衣还没问世,现在研究的成果只能达到部分程度上的隐形。

  在杨帆发表的第二篇论文中,最重要的是隐形衣的外置。内置隐形衣要彻底包住身体才能隐形。如果你躲在隐形衣里,别人看不到你的同时也意味着你看不到外面的任何东西,隐形衣让你在对外界隐形的同时也彻底与外界隔离,无法与外界通信。研究此项目的史密斯小组也承认“隐形衣及里面的东西不能改变形状,如果穿上它挥舞手臂或者到处走,就无法做到隐形。”而外置的隐形装置基于“折叠变换”设计,不需罩住待隐藏目标,只需放在目标旁,即可实现隐形。比如拿衣架将隐形衣挂起,人站在衣服旁就可实现隐形。

“大神”之梦

  杨帆在班里的外号是“大神”,就是比学霸还高一个档次,不单纯是学习很棒。大一时,他参加过魔方社团,那时解一个六面的魔方他只需十几秒。

  在好友张鹏飞眼中,杨帆性格严谨,求知欲特别强。让朋友印象深刻的是杨帆的勤奋,晚上熄灯后,他仍会就着台灯做事,常常到电脑没电。其实他做的研究与他本科课程的关系不大,他要学习科研两头顾。但四年下来,他班级排名第四,科研能力最强。

  “他外表看上去有点不易靠近,但跟他熟了以后你会发现他是特别好玩的。人也很慷慨,去年我腿骨折,他知道后立即打电话给我,还到医院看我。”当问记者他和杨帆做朋友会不会有压力时,张鹏飞说“我都习惯他的优秀了,真心为他高兴,因为是特别好的朋友,也没什么压力,四年了大家已经知根知底。对我来说,这就是一个很厉害的朋友,很棒。”

  梅老师说他有两个“兰大梦”,小梦是在更高级别的刊物上有所突破;大梦是:“因为我所在的点相对整体,在全国来讲比较落后,基础比较差。我希望能通过包括杨帆在内的同学们自己的奋斗,提升我们在国内的地位,为兰大争光。”

  记者采访时,正是毕业季。对于未来,杨帆也有自己的期待,他说自己的梦想比较远大,他希望可以一直从事自己所感兴趣的事,并且在自己研究的领域产生一定的影响,希望世界会有些不同。

  (《兰州大学报》2013年第8期三版)图文链接请点击

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编辑:法伊莎
来源: 兰州大学报
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