Born to explore: Physik / 物理

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2012年5月23日星期三

用 latex 繪製中華民國國旗

中華民國國旗

這是前陣子心血來潮時寫的
規格按照中華民國國徽國旗法
成品預覽如右圖

以下是簡短簡易的 latex code
任何版友皆可享用
這裡有 eps 圖檔的成品

\documentclass{article}
\usepackage{pst-node}
\pagestyle{empty}

\begin{document}
\fcolorbox{white}{white}{%
\pspicture(-6,-4)(6,4)%
\psset{linewidth=1pt,unit=0.1cm}%
%%%%% 滿地紅
\psline*[linecolor=red](-60,-40)(60,-40)(60,40)(-60,40)%

\rput(-30,20){
%%%%% 青天
\psline*[linecolor=blue](-30,-20)(30,-20)(30,20)(-30,20)
%%%%% 白日
\psline*[linecolor=white]%
(15;0)(15;150)(15;300)(15;450)(15;600)(15;750)%
(15;900)(15;1050)(15;1200)(15;1350)(15;1500)(15;1650)(15;1800)%
%%%%% 藍圈
\pscircle*[linecolor=blue](0,0){8.5}
\pscircle*[linecolor=white](0,0){7.5}
}

\endpspicture
}
\end{document}

2011年12月19日星期一

More than a model

開心的傻樣，生動描寫了這兩個禮拜成功開發的興奮。

大致上，我不覺得自己是個有耐心的人。所以，算一個東西要等幾個小時我就很受不了了，幾天？幾個禮拜？別鬧了…於是，從事大型計算的工作，我一向沒興趣。更何況，如果只靠強大的數值計算，用時間跟金錢來換取結果，那說穿了不就成了個操作員？還有什麼做物理可言？但是做純理論推導的話，我也不是那塊料，那可不是只有耐心的問題，還得要有強大的背景，還有更重要的細心。

那我是什麼？我是喜歡遊走在兩者之間的族群，純數字我不要，純方程我也不行，兩者兼具的理論工作才是能讓我 enjoy 的物理。對於數值計算，如果有一台超級無敵計算機，有無限的記憶容量、無敵的計算速度，那麼所有的理論可能已經結束發展了，只要把核心方程寫進程式，讓電腦不顧一切的去猛算，所有觀測得到的物理都可以被模擬出來。但事實上，這種電腦並不存在，也不可能存在，因為真實世界通常是如此的複雜與龐大，所以許多理論工作就是由許許多多不同的假設所鋪陳而開出的不同道路。

從開始作 tight-binding transport 以來，我一直知道有人能算很大的系統，有人有厲害的數值技巧能有效的計算多大多大的系統，一開始我很羨慕，但後來我覺得還好，因為總覺得成為一個數值專家並不是我想要的，我只要有基本的最佳化技術就心滿意足了（例如很感謝賢哥當年分享 MATLAB 矩陣 partial inverse 的用法）。到德國開始新研究之後，發現 TBM+PBC 竟然是個大家覺得是常識而我卻沒有的概念，於是很開心的用了起來，走上了一條低運算量、品質卻很高的「節省」之路。

花了八個月好不容易丟出第一篇之後，我持續的問著一個問題：這條節省之路能走多遠？一開始只覺得這只是個美妙的小技巧，但最近了解了 PBC 的真諦之後，把磁場給開了下去，赫然發現，這不只是個技巧。沒有所謂的 free parameter，竟然可以吻合實驗結果，簡直就要爽飛天了！原來，這個世界，有時候，並不太複雜呢！

2011年12月16日星期五

重新認識 PBC

在準備這禮拜的進度報告時，意外發現之前的 Bloch phase 放錯符號之後，今天再仔細看了 Mike 的論文，有關 periodic boundary condition (PBC) 的部分，對 PBC 有了重新的認識。

偉大的 Bloch theorem。這是跟小泥分享我的新領悟時，畫的草圖。

週期性邊界條件，做物理的都會知道這是什麼，是邊界條件的一種。邊界條件是在解電磁問題、波函數問題，求解過程中的必須條件。在固態理論，週期性邊界條件則是在談能帶概念的時候會引入。當我們只對固體的內部性質感興趣的時候，表面的性質並不重要，於是為了求解，我們可以選擇一個方便我們得到答案的邊界條件，於是所謂的週期性邊界條件就進來了，例如，要求函數值在邊界 x=0 跟 x=L 一樣：f(0) = f(L)。但嚴格來說，這是哪門子 PBC，根本只是個數學手段。

所謂固態，指的是完美結晶的固體，指的是週期性排列的原子們，而固態理論的基本重點，就是電子在這樣週期性排列的原子們之間的行為。所以，「週期」在固態裡是一個很基本性質，而週期所伴隨的定理，便是固態裡很基本的概念。電子在週期性重複的電位下，呈現的波函數顯然也必須具有一樣的週期性，所以著名的 Bloch theorem 就是在規範這件事情，這個定理也是固態裡基本必提的概念。

奇怪的是，固態理論更早會提到的數學手段：週期性邊界條件，根本就是個大誤導。就因為這個誤導，使得我們常常看到設 f(0) = f(L) 就說這叫週期性邊界條件，或者反過來說，談到設週期性邊界條件，就以為是放 f(0) = f(L)。然而，真正的週期性邊界條件，事實上是 Bloch theorem 衍生出來的技巧。這個技巧讓我們能把想描述的無窮大週期性系統，濃縮到一個最小重複單位，這在技術上顯得無比 powerful。

2011年12月13日星期二

來自 European Physical Journal 的聖誕禮物

第一次當期刊評審，是在 2008 博士還沒畢業的時候。那時候還以為很有什麼，雖然好處是可以看到第一手最新的稿子，但是說穿了根本是免費勞工，至少 American Physical Society 的期刊評審，都是如此。

以前在老張的 group，有個捷克裔的美國人博士後曾說：「Your mother and the referee are always right」，是個很寫實的玩笑話。在物理界，發表文章是常見的活動，而發表的程序當中最基本的關鍵就是要面對評審的意見，如何處理、應對 referee 的批評很重要。還記得第一次投文章是在 2004，當是面對看似負面評價的 referee report，整個就是面紅耳赤，久久難以平復。後來漸漸累積經驗，回想起來，當時那份又臭又長，列得滿滿建議的 report，其實是來自認真又熱血的評審，並不難處理。事實上，最難應付的評審，就是草草說個兩三句 no general interest 之類的回應，讓人無從改進，沒辦法回擊。

文章發表累積到一定程度，期刊編輯便會找上門，開始步入評審旅程。想當然耳，己所不欲，勿施於人，自己曾經厭惡那些不負責任的評審，review 稿子的時候自然也就會想要求自己客觀、嚴謹，並且要遵守承諾的提交報告時間。雖然至今累積的評審經驗不過十幾篇，有時候忙的話再來個 review request，就會感到無比厭煩。就算逼迫自己看些東西，確實可以順便學點什麼，吸收點什麼，但是話說回來，這依然是免費勞工。

太感人了，第一次當評審收到感謝酬勞，EPJ 就甘心！

在德國一年多以來，努力研究的新東西總算在前陣子告一段落，開始參加研討會給 talk。猜想也許是兼任 EPJB 編輯的某教授，那天在 Kloster Kostenz 有聽到我的 talk，所以大概了解我在做什麼，也於是隨後某篇送到 EPJB 跟我的東西有相關的文章，也就丟給我來審。EPJB 是 European Physical Journal B，這是我第一次收到這家期刊的審稿要求。說什麼都是系上的教授，應該捧場一下，於是就爽快的答應了。（不過其實後來的通信根本都跟這位大教授無關。）這期刊畢竟沒有 APS 的素質高，所以稿子內容也顯得哩哩落落，於是我如期交了報告，並且一如往常的給了許多意見。沒想到神奇的事情發生了，事後期刊竟來信說，為了答謝我盡心盡力的審稿（應該只是正常程序的客套話），要送我一本書，然後附上了幾個出版社的連結，讓我隨意選。這 e-mail 我是上讀下讀的，反覆看了好幾遍，確定真的是要送我書的意思，於是我點了相對比較有名的 Springer 出版社，開始認真的挑起書來，前前後後還花了好幾個小時去呢！後來相中了一本 2010 的新書，理論物理類，將近六百頁，買起來可貴人，然後就毫不客氣的回信，指明想要這本書。不久，我真的收到了，只能說，這真是太神奇啦！

雖然這似乎是感謝文章評審順便廣告他們期刊知名度的方式，以期望像我這樣還沒有投過他們期刊的筆者將來會漸漸的考慮在他們那邊發表東西。不過，這廣告方式也太吸引人、太砸重金了吧！當了三年多的 referee，第十七篇，第一次收到這樣的回饋，真是太感人了，EPJ 就甘心！

2011年12月3日星期六

慶祝 Regensburg 第一篇

放在 arXiv 的影像擷取。

今天是個大喜之日，順利的在 Ganichev group 給完 talk，然後也投出了來德國一年多的第一篇文章。縱使有四個月在學德文，二月回來 Regensburg 開始研究，就算從這個企劃真正開始的時間四月來算，也已經過了將近八個月！這大概像是原本牛肉湯用三個小時就能燉得很嫩很香，而這鍋湯則是燉了一整晚，而且整個燉的過程還在旁邊顧爐，費盡功夫。

我對我的德國老闆 Klaus 實在佩服，尤其是他經營他的 group 的方式，肯定是我將來學習的範本。這篇熬了八個月的研究成果，好不容易在得到 Klaus 的認可，終於撰寫成文章，從十月四號新增資料夾開始算，其實只花了我十天左右的時間完成初稿，但是接下來無止盡的討論跟校稿，當然還有老闆很忙，每個人的東西要排隊等候，所以最後拖到今天已經將近兩個月，才總算圓滿投出。如果是兩三個月前，我可能會非常非常感動吧！不過現在已經有點麻痺了…。

投出的文章也照慣例的貼到了 arXiv 網站：http://arxiv.org/abs/1112.0552，這份工作總算告一段落，下一步呢？

2011年12月2日星期五

天生愛講

從二月算起，來 UR 也已經快一年了，在這個學校給 talk，竟然拖到今天才是第一次，而且還是去實驗組的 group，是一次罕見的經驗。

其實來這裡的新人，一般都會在報到不久後給個 talk 介紹自己的工作，可能是因為我的狀況有點特殊，也就是我一來沒多久，馬上就去慕尼黑學德文四個月，再回來時雖然說才是真正開始研究，好像也變得不太算新人。再者，這裡的老師們很隨性，老闆也沒有特別要求我給個 talk，而是一切看我自己的意思。但我又不好意思自告奮勇說我要講，所以拖著拖著就沒給，反到半年多後因為踢球的關係認識一些作實驗的，偶然的機會在會議中討論到我以前很熟悉的東西，因此乾脆邀請我去他們 group 給 talk。

Persistent spin helix (PSH) 這個東西是 2006 出現的 idea，當時是因為老張 (我的博士指導教授，我私底下都這麼稱他，聽說學弟們已經幫他升級為「小張」了，聽起來確實更加親切) 在 2006 的世界華人物理年會聽到 Shoucheng Zhang (其實我不確定這個在 Stanford 的理論大頭中文名字怎麼寫) 在談這個東西，回來立刻跟我說這件事，我才有機會即時的搭上這艘船，或者說，可能只是那艘大船後面牽引的小救生艇。作為研究生的指導教授，傳達給學生最即時的學術界消息，是很重要的。不過當時這個 idea 並不吸引我，因為對我來說那只是個我算過的東西其中一種特殊狀況而已，也因此我才有辦法在聽到後，馬上算、馬上寫、馬上丟、馬上登。現在回頭看來，還真是慶幸當時有及時登這篇。有趣的是，投稿的日期雖然比 Bernevig, Orenstein, Zhang 他們的文章晚了兩個月，但登出的時間卻只比他們慢兩個禮拜。

請獅子 (Jan Bundesmann) 幫我拍的，這時候剛要開始講，
還沒開始 high！

PSH 這東西如果就用他們在 Physical Review Letters 的刊登日期當生日的話，後天則是 PSH 的五歲生日。這五年來，引用他們文章的次數已經破百，而我登在 Physical Review B 的文章被引用次數才二十幾，說起來可能有點洩氣，然而比起他們能準確預測實驗的強大理論，這篇僅僅只用了量子力學基本概念的文章能衝到目前我所有文章被引用次數的最高點，我已經很偷笑了。

扯遠了。對自己客觀的評估，我真是個愛寫文章又愛演講的囉嗦人。其實在老張的 group 八年，從傻傻的碩士生時代開始，每一次輪到我報告，我的心情幾乎都是呈現心花怒放的狀態。把自己懂的東西，細心整理，然後分享給週遭的人聽，讓他們也懂，總是一件令人愉快的事情。再仔細分析這其中的快樂，似乎可以分成 (i) 談物理本來就是很愉快的、(ii) 讓人懂當然有種幫助人的愉快。顯然，每次跟小豬泥分享我的最新理解時，似乎只能享受到 (i)，不過還好今天在 Ganichev 的 group 給的 talk，兩者都有享受到，對自己的表現還算滿意。

2011年11月28日星期一

德國的博士畢業口試 (Promotionskolloquium)

今天是 Jürgen 的口試，是我在 Klaus 的 group 半年多以來第一次參加德國博士畢業口試，形式上跟台灣一樣，只是有些內容跟傳統不太一樣。

台灣的博士班，至少物理所來說，畢業條件大概是：必修課、論文發表、博士論文、老闆點頭、畢業口試。「老闆點頭」雖然是其中唯一非明文規定的，但常常是博士生能否畢業最大的關鍵點。其他明文規定的要求，雖然我也只待過台大，但相信其他學校大同小異。必修課的部分，台大物理來說，有規定必須修滿專開給博士生的課的一定學分數，通常是碩士必修的「四大力學」以上，更深入的課程，例如量子場論、固態理論、電動力學二、量子力學三等。也就是說，一個物理博士除了自己專精的研究課題外，其他的物理知識也要在博士生期間有相當程度的提升。也許就因為如此，研究課題以外的專業物理知識已經在修課的部分有所要求了，畢業口試時，口試委員只會針對研究論文的部分作提問。相較於德國的畢業口試，這大概是最大的不同。