基于文献计量的开创引领性科技成果评价*——以固体中的新奇费米子研究为例

谢 黎 陶 诚 张月鸿 陈云伟**， 张志强

（1.中国科学院成都文献情报中心，成都610041；2.中国科学院发展规划局，北京100864）

1 引言

党十九大报告提出，中国要加快建设创新型国家，要瞄准世界科技前沿，强化基础研究，实现前瞻性基础研究、引领性原创成果重大突破。随着全球科技创新突破蓄势待发、国家间科技竞争加剧、各国经济转型持续发展对科技创新应用依赖日益加深，世界各国纷纷谋求在科技创新发展方面占得先机。

近年来，我国的科技进步有目共睹，基础研究加速赶超，战略高技术持续突破，科技创新对经济社会发展的支撑引领作用日益明显［1］，开创性研究成果不断涌现。2018年2月，科技部在京发布了“2017年度中国科学十大进展”，“墨子号”卫星实现千公里级量子纠缠分发、首次探测到双粲重子、实验发现三重简并费米子等成果纷纷入围。

但是，衡量中国科技的国际地位，需要更全面的审度和更客观的证据，科技管理人员与科研人员也需对自身科研成果在国际上的水平与地位有更清晰、更准确的认识。为此，本文从文献计量学的角度，以新奇费米子研究为例，利用客观数据来分析我国重大科技进展是否确实发挥了开创作用，是否引领了新的方向。

选择新奇费米子作为实证分析对象的原因在于，我国中科院物理研究所近几年在新奇费米子研究领域持续取得突破。几乎同一时间段，中科院物理所团队、普林斯顿大学团队和麻省理工学院团队分别独立在固体中发现了外尔费米子，相关研究成果2015年7月分别发表在Physical Review X和Science上。这一发现入选美国物理学会评选的“2015年国际物理学八大亮点”、英国物理学会评选的“2015年物理世界十大突破”。中科院物理所团队的工作入选“2015年中国科学十大进展”和“2015年中国十大科技进展新闻”，并于2018年1月入选美国物理学会（APS）“物理评论”系列期刊125周年纪念论文集收录的“对物理学产生重要影响的49项突破性研究工作”，是唯一入选的来自中国本土的工作。

随后，打破常规分类的三重简并费米子于2017年6月被中科院物理所团队首次观测到，这是科学家首次在实验中发现三重简并费米子。该成果于2017年6月19日在线发表在 Nature上，并入选中科院2017年度科技创新亮点成果，被两院院士评选为2017年中国十大科技进展新闻。

由此可见，我国中科院物理所的费米子研究取得的开创性成果获得了学界普遍认可，选择该领域开展评价研究，可以真实反映我国开创性研究成果起到的引领性作用。

2 国内外相关研究进展

尽管科学交流模式不断推陈出新，同行评议一直是科学评价实践首选的量度工具。2015年发布的《莱顿宣言》也反映了基于同行评价的定性评估不可动摇的主导地位［2］。但定性评估也存在一些无法适应科学发展新模式的问题，如主观性强、易形成学术壁垒、易被操纵等［3］，因此，学界一直没有放弃对新评估方法的探索［4］。进入二十世纪后，文献计量学逐渐兴起，并以其客观公正性成为科研评价的重要手段。

总体而言，国内外文献计量方法在评估领域的应用主要以机构、学科、期刊、研究组、个人为评估对象，评估内容以学术竞争力、影响力、创造力、生产力为主。

以文献计量方法为基础，吴爱芝［5］整合分析多角度、多渠道数据，形成一套针对高校开展学科竞争力评价的方法和报告模式；赵飞［6］对高校科研竞争力展开评价；孙秀菊［7］以 SCI和 JCR数据库为基础，对河北工程大学发表的SCI论文在次年的影响力进行评估；任全娥［8］采用三类文献计量指标（学术性指标、专业性指标与辐射性指标）对出版社的整体学术影响力、分学科影响力与跨学科辐射力开展了实证研究；王军辉［9］对科学创造力进行了评价。

国际上，Song［10］提取 PubMed Central全文引用数据对生物信息学领域的生产力和影响力进行了全面和深入的文献计量分析，其中生产力通过最具生产力的作者、国家、组织和主题领域来衡量，影响力通过高被引论文、作者、明星研究员和领导性组织机构来衡量。Onyancha［11］使用谷歌学术，通过引文分析对撒哈拉以南非洲图书馆和信息科学期刊进行分析评价。Reyes-Gonzalez［12］采用知识脚印，基于后向引用对研究组的表现和生产力进行了测量和比较，并通过对墨西哥物理学、应用物理学/凝聚态物质/材料科学和光学领先机构的研究组排名来验证方法的有效性。Sandstrom［13］采用引文分析，基于文献耦合的研究脉络梳理提出了一种基于文献计量的个人评估方法，并被用于皇家理工学院2008年秋季的科研评估。Sidiropoulos［14］设计了完美主义指数，从影响力和生产力两个角度识别出具有影响力的科学家和高产科学家。Thelwall［15］则使用统计分布来检验引文指标评估对学术成果的适用性。Guo［16］利用文献计量方法和异构数据（包括教科书引用、论文引文、学位论文引文，以及期刊引用）识别学术研究领域的重要先驱和里程碑事件，提出了推荐诺贝尔奖候选人的几种方法和公式，设计的新指标包括先驱论文影响因子、流行的古典论文影响因子、特定领域的排序因子、开创性的作者影响因子以及频繁引用的作者影响因子等。

不可避免，文献计量评估也有其自身的问题，学界对计量方法/指标的改良与优化研究从未停歇。从最新趋势来看，文献计量评估指标设计已充分考虑“质量”问题，如美国华盛顿大学研制的期刊特征因子会根据引文质量赋予不同的权重［17］。评价对象则拓展至更细的颗粒度，如单篇论文，甚至聚焦到论文中的实体［18］。另一方面，综合考虑不同评价维度（如期刊、论文、作者等）间相互影响和关联的集成化评价也已出现［19］。

3 思路与方法

从现有研究来看，用文献计量方法对科研评估的内容主要集中在生产力、竞争力、影响力、创造力等方面，鲜有针对科研成果开创引领性的评价。同时，也没有从领域、机构、具体成果等不同维度来综合评价成果开创引领性的研究。本文旨在从领域研究热度、机构研究实力、具体成果影响力三个方面展开评价。方法的构建主要基于以下考量：

首先，可称之为开创引领性的成果，所属的领域方向应该是引起国际学术界普遍关注的问题，因此，本文基于领域研究趋势分析，从宏观层面评估开创引领性成果所属领域方向的研究热度。其次，通过开创引领性成果所属领域的主研机构的竞争力对比分析，可以对成果所属团队的研究实力做出评估，这一中观层面的分析是团队长期耕耘的实力体现。最后，基于引文分析，从微观层面以具体的研究成果论文作为分析对象，细粒度对比分析核心成果的国际影响力。

4 实证研究

本研究数据来源选取Web of Science核心集，以主题检索为入口，时间跨度不限，文献类型不限，通过对关键检索词的逻辑组配、通配、位置限定及噪音排除分别构建检索策略，数据检索时间为2018年2月8日。

4.1 固体中新奇费米子研究增长态势显著

组成宇宙的基本粒子包括费米子和玻色子。其中，费米子是构成物质的原材料，而玻色子传递作用力。现有理论认为，宇宙中或存在三种类型的费米子：狄拉克（Dirac）费米子（四重简并）、外尔（Weyl）费米子（两重简并）和马约拉纳（Majorana）费米子。近年来，拓扑物态的发展使得这些费米子的准粒子可以在固体中被发现，从而为研究其行为和发现更多新奇费米子开辟了新途径。2017年中科院物理所团队继发现外尔费米子之后，又发现了一种突破以上传统分类的新型费米子——三重简并费米子。从图1可见，近年来国际费米子研究论文增长态势迅猛，表明费米子研究属前沿热点领域。

狄拉克费米子是一种反粒子与自身不同的费米子，电子、质子、中子都是狄拉克费米子。

外尔费米子的概念由德国科学家外尔（H.Weyl）在1929年提出，但一直没有被粒子物理实验所发现。外尔费米子是一种无质量（即线性色散）费米子，可以分为左旋和右旋两种不同手性。支撑外尔费米子的固体材料——外尔半金属能实现低能耗电子传输，有望解决当前电子器件小型化和多功能化所面临的能耗问题。同时，外尔费米子受到拓扑保护，对外部微小扰动不敏感，可以用来实现高容错的拓扑量子计算。

马约拉纳费米子是指反粒子就是它本身的一种费米子，由意大利物理学家埃托雷·马约拉纳（Ettore Majorana）于1937年提出，同样一直没有被粒子物理实验所发现。2017年7月，加州大学洛杉矶分校和斯坦福大学研究团队提出强有力证据证明固体中存在该粒子的准粒子并将之命名为“天使粒子”。马约拉纳费米子具有不同于狄拉克和外尔费米子的统计性质，可用于量子信息编码，且有拓扑稳定性，可用于高容错拓扑量子计算机。

图1 费米子研究论文发展态势Fig.1 Global trends of fermions research

三重简并费米子超出常规的狄拉克-外尔-马约拉纳分类，将狄拉克和外尔费米子分别归因于四和二折退化点。其发现对探索基本粒子性质、了解电子拓扑物态，进而开发新型电子设备具有重要意义，也为固体材料中电子拓扑态研究开辟了新方向。

4.2 费米子研究论文机构比较

在国际研究机构（研究单元）中，中科院物理所在狄拉克、外尔费米子、三重简并费米子方面的研究论文数量均处于全球第一位置，有关马约拉纳费米子研究论文数量位居第四（图2）。值得一提的是，我国高校在该研究领域的科研产出也不容小觑，特别是北京大学和清华大学，都有上佳表现。此外，在外尔费米子方面表现突出的还有量子物质协同中心，该中心在狄拉克、外尔费米子、三重简并费米子论文产出前十中均榜上有名，全称“量子物质科学协同创新中心”，成立于2012年8月1日，由北京大学、清华大学和中国科学院物理研究所（“两校一所”）联合启动，位列 “2011计划”首批认定名单首位，也是首个由高校和科研院所联合培育创建的协同创新中心。在本次检索结果中，该中心50%以上所著论文与物理所同时署名。

4.3 外尔费米子研究成果影响力比较

由图1可见，外尔费米子论文数从2015年开始快速增长，2015年也是有关发现外尔费米子的3篇论文的发表年。这3篇核心论文分别来自中科院物理所、普林斯顿大学、麻省理工学院：

1）Lv B Q，Weng H M，Fu B B，et al.Experimental Discovery of Weyl Semimetal TaAs.PHYSICAL REVIEW X，2015，5（3）：031013.（中科院物理所论文）

2）Xu S Y，Belopolski I，Alidoust N，et al.Discovery of a Weyl fermion semimetal and topological Fermi arcs.SCIENCE，2015，349（6248）：613-617.（普林斯顿大学论文）

3）Lu L，Wang Z Y，Ye DX，et al.Experimental observation of Weyl points.SCIENCE，2015，349（6248）：622-624.（麻省理工学院论文）

中科院物理所团队和普林斯顿大学团队的研究从理论、材料、数据到实验几乎完全一样，均成功在外尔半金属材料TaAs晶体中发现了外尔费米子。麻省理工学院的研究团队则在光子晶体中观测到了外尔费米子的行为（外尔玻色子）。

国际学术界和权威媒体均认可这3个相互独立团队的贡献。英国物理学会新闻网站“物理世界”于2015年12月公布的“2015年度国际物理学领域的十项重大突破”［20］，以及美国物理学会于2015年12月公布的“2015年国际物理学八大亮点”［21］列出外尔费米子这一重大突破时，均同时提及普林斯顿大学、麻省理工学院和中科院三个独立团队的工作。2017年日本仁科纪念财团将“仁科亚洲奖”颁发给中科院物理所研究人员，以表彰其“在发现外尔半金属中的理论贡献”。

下面从这三篇文章的被引情况，来比较各自的影响力。

1）施引主流期刊分析

从这3篇核心论文的施引文献来源期刊分布情况来看，Physical Review B、Physical Review Letters、Nature Communications、Scientific Reports等期刊均引用了这3篇核心论文，且3篇论文主要施引期刊及所占份额基本相同（图3）。也就是说，在所刊论文质量总体一致的前提下，3篇论文的主要施引文献总体质量相近。

图3 引用3篇核心文章的TOP10期刊Fig.3 Top 10 journals that cite the 3 core papers

图4 引用3篇核心文章的TOP10国家/地区Fig.4 Top 10 countries/regions that cite the 3 core papers

2）施引国家分析

截至2018年2月10日，3篇核心论文被中、美、德、日等多国引用，中科院物理所论文被引651次，普林斯顿大学论文和麻省理工论文分别被引774次和237次。从具体施引文献来看，来自中国的跟随者最多，美国其次，德国第三（图4）。3篇核心论文的跟随者来源国家情况基本一致，没有显著不同。

3）施引机构分析

从3篇核心论文施引文献的来源机构分布情况来看（图5），前两位均为中科院和量子物质协同中心，普林斯顿大学位居第三位。

4）同被引分析

事实上，这3篇核心论文，特别是中科院物理所和普林斯顿的两篇文章的施引文献存在很大程度的重叠，即存在高度同被引情况，中科院物理所与普林斯顿的两篇文章同被引占比超过3/4（图 6）。

图5 引用3篇核心文章的TOP10机构Fig.5 Top 10 institutions that cite the 3 core papers

图6 同被引情况统计Fig.6 Co-citations of the 3 articles

5 结果与建议

综上所述，中科院物理所团队对固体中新奇费米子的研究根基深厚且全面均衡，有实力独立开展从理论预言、样品制备到实验观测的全过程研究，在狄拉克费米子、外尔费米子、三从简并费米子领域的成果在国际范围内均处于领先地位。其中关于外尔费米子的论文，不仅获得了美国物理学会和英国物理学会等权威组织认可，而且与普林斯顿大学论文一起同被引占比超过3/4，跟随者的国家分布、机构分布、期刊分布均高度一致，在发现外尔费米子这一开创性工作方面，与普林斯顿大学团队、麻省理工学院团队共同领跑。

鉴于我国科研实力的不断提高，及跻身国际科研强国队列的实际需求，建议加强国际前沿跟踪，加大我国重要科技进展监测扫描，注重我国开创性研究方向和成果分析。针对我国年度科技创新亮点成果及年度科技进展，开展专门分析，研判近年来其在国际上所处的地位、在国际上引起的跟踪研究情况；对于尚无法通过文献计量方法有效观察的最新成果，开展实时动态监测跟踪工作，为国家科技发展规划提供依据。

致谢：在论文研究撰写过程中，中国科学院物理研究所冯国星研究员对文稿提出了宝贵的意见和建议，特此致谢。