為何2021研究前沿遴選了這些材料領域的新勢力？

一、導讀

2021年度《研究前沿》又如期而至，同2020年相比，有哪些變化？哪些研究領域入選？從中折射出怎樣的學術發展趨勢？

提及“研究前沿”，不禁回想起SCI前東家—湯森路透在早期發布的報告中描述的那樣“不同研究者在探究相關的科學問題時會產生一定的關聯，盡管這些研究人員的背景不同或來自不同的學科領域”，這句話可謂言簡意賅的概括了這一年度報告的核心要義。

同去年相比，今年的新興前沿入選數目為61個，是去年38個的1.6倍，短短一年，折射出新興研究的更替更加迅速。表面上看，是各個學科的突飛猛進，實則是學科交叉的深度演進，因此，我們把歸屬材料類的前沿進行匯總，可以探究當下材料學科發展中，哪種研究思維或視角是全球科研界的新常態。

二、材料類熱點前沿

基于2021版《研究前沿》的數據，我們把歸屬于不同學科屬性的材料類研究進行了重新整理與排序，得到如下“材料類TOP10熱點前沿”。

表1? 2021年度材料類TOP10熱點前沿

如上表所示，基于研究前沿的排序原理，我們得到了上述材料類研究方向的熱點排行榜。如果不看表格最后一列，以上熱門研究方向是不是都和“凝聚態物理學”有關聯？因此，當代的材料學前沿早已不是單一的材料合成、性質與結構表征的傳統研究思路可以駕馭的，必須同基于原子、電子、量子力學、宏觀物性等物理學機理進行結合，才能進一步發掘新的研究方向，持續推動學科向縱深邁進。

但是，這樣的交叉研究領域對于廣大研究者而言，就存在不少研究障礙。如果沒有比較扎實的多學科基本知識的積累，僅僅是簡單的采用材料合成、表征，并輔以看似“物理”的機理解釋和研究，卻并沒有把握住研究領域的核心內核，就很容易出現所謂的“學術烏龍”。

比如，“鈣鈦礦鐵電材料”這個方向，根據《研究前沿》的描述，該熱點前沿并不是傳統的氧化物鐵電體系，而是目前大熱的雜化鈣鈦礦光伏體系的“鐵電性”的研究。其實，這個熱點前沿與其說是熱點，倒不如說是“熱門爭議點”。例如CH₃NH₃PbI₃，很多研究認為其空間群是I4/mcm，并不屬于極性點群，因此，沒有鐵電性；但又有研究發現其可能屬于I4cm空間群，屬于極性點群，存在鐵電性。但是，這兩個空間群其實隸屬于同樣的八面體傾斜系統，唯一的差別是后者在c方向是極性的。那么，得到的樣品究竟歸屬于哪個空間群其實取決于研究者在解晶體時采用了哪個模型，因為這兩個空間群之間的差別很小（同屬于四方晶系）。那么，問題來了，如果研究者想證明其性質屬于鐵電性，只要其他表征手段體現出了“鐵電狀”的特征，而晶體結構同時能用極性結構擬合，并在誤差范圍內，它就是鐵電的！如果其他表征手段支持非鐵電，那么。。。。。。一樣的模式再來一遍。當然，研究者并非刻意而為之，往往是陷入了材料復雜漩渦中而難以抽離，很多“假象”摻雜了某些“真相”，剪不斷，理還亂。

關于這個方向，有不少一經發表就被同行COMMENT的例子，筆者記得比較清楚的是分別來自Nature Materials和Energy & Environmental Science的兩篇文章：

這一研究熱點未來何去何從，目前不好判斷。表面上看，這是一個歸屬于物理學的問題，但核心其實是材料制備和晶體學。雜化鈣鈦礦體系的光伏、光電等性能優越，但由于包含有機基團，材料又對環境條件極其敏感，因此，每個課題組得到的樣品之間能不能有可比性都是一個問題。此外，在無法確保制備時的晶體和測試時的晶體是否處于同樣“狀態”（化學和物理）的情況下，那么，注定會出現矛盾的實驗結果。另外，如果從事這一研究的學者并不是很精通鐵電物理就會導致問題更加撲朔迷離，鐵電并不是看起來的那么簡單。此處，說一個題外話，不少自媒體與科技報道中，經常錯誤的把domain翻譯成“域”，通常而言，如果你看到這樣的報道，要么是“機器翻譯”，要么就是外行撰寫。domain一詞在材料、晶體和物理領域經常出現，但在鐵電、磁學領域，其正統中文翻譯是“疇”。

所以，從事交叉度很高的研究領域的時候，時常出現研究物理的不善于制備材料，對化學合成的一些細節不了解；研究材料的又對物理一知半解，很多時候是通過非經典的文獻和資料得來的“二手知識”。那么，想解決這樣一個物理和材料化學交叉的難題就非常困難。

三、如何未卜先知未來前沿？

每年的研究前沿似乎遵循著一種“你方唱罷我登場”的模式，看久了其實會出現“學術疲勞”。比如，吸波材料并不是所謂學術新秀，在碳基材料領域早已研究多年，新近的熱點前沿只不過是重點關注了“核殼結構電磁波材料”。作為學術新人或者想在新領域開拓的學者而言，絕對不能簡單的從熱點前沿里找和自己興趣匹配的方向，因為任何一個方向，5-10年的半衰期定律似乎是魔咒一般輪回上演。

剝離思緒，找到核心 ?Credit：CC0 Public Domain

想要未卜先知，就需要具備多學科、發散性的思維廣度與深度，那么，這就需要具備扎實的學術知識與儲備，才能在尚處于發展初期的領域中找到那個關鍵的脈絡，從而預測出下一個前沿。

熱點前沿來了又走，走走停停；科學基石穩如泰山，任憑他風雨飄搖，我自巋然不動！

數據來源：

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

本文由Free-Writon供稿。

本內容為作者獨立觀點，不代表材料人網立場。

未經允許不得轉載，授權事宜請聯系kefu@cailiaoren.com。

歡迎大家到材料人宣傳科技成果并對文獻進行深入解讀，投稿郵箱: tougao@cailiaoren.com.

投稿以及內容合作可加編輯微信：cailiaorenVIP。