康奈爾應用物理學長話留學申請那些事兒

“嘉賓介紹

S學長（Pivot學員）

北大物理系本科

申請季中獲得康奈爾大學應用物理博士全獎

（第一年CU Fellowship）

賓州州立大學物理博士全獎

俄亥俄州立大學物理博士全獎等項目錄取”

凝聚態實驗方向介紹

凝聚態物理是研究物質的介觀和微觀物理性質的一門學科。凝聚態物理關注的是大量的具有顯著相互作用的原子或分子所組成的凝聚相，最常見的例子是固體和液體。從抽象的角度說，凝聚態物理是研究多個相互作用的自由度中層展現象（emergent phenomena）的一門科學。物質結構劃分為不同層次，每一個不同的層次中都會展現出全新的物理性質，遵循不同的物理規律。凝聚態物理研究的尺度上，物理規律與日常生活中的規律和極小尺度下的規律都不相同，有非常多有趣的研究主題。目前，凝聚態物理是目前物理學研究中最活躍的領域，研究者和研究主題占據了物理學研究的極大比重。

凝聚態實驗則是通過一些手段產生激勵，測量系統的響應來研究其物性。比如測量不同溫度下的電阻，比如施加溫度梯度測量材料熱導性質。一些典型的研究手段例如電輸運，強磁場，飛秒激光，掃描隧穿顯微鏡（STM），中子散射，ARPES，太赫茲（THz）等。

而凝聚態實驗和理論相比，凝聚態實驗的研究者要顯著多于凝聚態理論。由于實驗條件和技術的限制，很多理論預言的現象在實驗中很難觀測到，理論的研究和預言已經遠超實驗進展，因此實驗領域需要更多的研究者來驗證理論的預言，比如最近的剛興起的魔角石墨烯；另一方面，實驗可以發現很多理論沒有預言或無法解釋的奇異現象，比如高溫超導，有極大的研究空間。所以凝聚態實驗是一個極度活躍具有巨大潛力的方向。

目前凝聚態實驗有諸多熱點研究主題，例如:

1）non-trivial superconductor。前些年發現的鐵基超導以及在低維材料中觀察到的超導。

2）拓撲絕緣體以及其他具有拓撲性質的材料

3）魔角石墨烯

4）石墨烯及MoS2代表的一系列二維材料

5）薄膜氧化物、多鐵材料等

本科生科研及暑期科研

決定要出國的本科生一般在大二上或者大二下這個時間加入導師的課題組做一些項目，最晚不能晚于大三上，因為科研經歷太薄弱的話很難申請到好的暑研，也會影響后續的申請。

本科生科研無非是理論和實驗兩個大方向（計算物理暫且算作理論物理）。理論物理像是凝聚態理論，高能理論，量子計算，宇宙學和天文等等。做理論需要比較好的數理功底，如果導師的方向和idea比較好的話，發文章相比實驗要容易一些。但本來做理論的研究者就比較少，每年招的學生也比較少，而且做理論物理的同學跨專業申請可能會受限制多一些，所以在申請的時候競爭是非常激烈的。競爭力比較強的申請者都有至少一篇以上的一作文章發表。

實驗的話比較常見的有凝聚態，AMO，生物物理等方向。實驗的申請難度相對理論要低一些，而且由于實驗本身發文章就相對困難，所以申請的時候沒有文章發表是比較正常的，也不會太影響你的競爭力。像凝聚態，AMO等研究人數多，研究主題多，每年招的學生也多，所以申請的時候的選擇也會很多。目前生物物理發展比較快但做的還不是很多，所以申請的時候難度可能相對第一些。

選擇什么方向哪個導師，其實不必太在意老師的title和publication，在我看來最重要的還是看你的興趣。因為本科時間還比較充裕，選擇機會也很多，所以可以先選擇一個最感興趣的組嘗試一下，要是覺得不合適，還是有機會再去選擇其他老師的組。

現實一些地說，考量一個組是否值得去，在我看來有這么幾點：

1）老師本身的title，近些年科研成果，教育背景，風評等。拆開來說，title，未必title越大越好，一個正教授可能很忙，沒時間關注本科生，或者科研方向不是那么新；而助理教授一般是剛回國沒多久，研究主題比較新，也比較有時間來關注本科生，但可能title不如教授響亮。所以這個因人而異，未必教授就一定比助理教授厲害。科研成果，當然優質高產發表是最好的。教育背景，新老師往往有豐富的海外經歷，也就意味著在海外學術圈有一定的人脈，這個對你將來暑期科研、申請等等是有很大的幫助的。

2）組內氛圍。一個和諧的組內氛圍對于你搬磚或者將來申請都是非常重要的。跟學長學姐搞好關系不僅能讓你做工作的時候得到很多幫助，而且將來可能就是學術圈的一條重要人脈。

3）近些年本科生去向。這個可以作為重要參考，如果前輩們都申請到了很好的項目，說明在這個組工作確實是能收獲很多東西，拿出來也是有說服力的。如果前輩們的去向都很一般，那說明這其中可能確實有問題，就要多打聽多考慮。

進組之后當然是要投入足夠的精力好好地做事情。審視你做的如何，不光只有發文章一個標準，其實更多時候老師（無論國內外）更在意你在這個過程中有沒有理解更深的物理，有沒有完整地做了一個課題。比如這個課題你從文獻調研，設計實驗方案，搭建實驗平臺，測量，一直做到最后分析數據和理論詮釋，就算沒有發出文章，那也是一個完整的有收獲的科研經歷，將來展示給教授看的時候是非常有說服力的，如果能發文章當然更好。

在做本研期間，要有意識地多交流。比如學期交換，暑期科研，學術會議等等，通過這些可以增加你在學術圈的“存在感”，可能幫你建立很重要的人脈關系（比如在學術會議上跟大佬談笑風生），這種人脈關系在將來申請的時候可能就是一擊制勝的。

暑期科研

暑期科研幾乎是每一個申請PhD項目的同學的標配。從申請開始說，一般申請時間大概是11月到次年三月。項目上來說有官方項目和非官方項目。

官方項目比較知名的有Stanford UGVR，UCLA CSST和Caltech SURF等等。官方項目的優勢自然明顯，認可度高，含金量足，組織有序，交流機會多，項目質量和導師都很有保障。但往往競爭激烈，層層篩選，一般背景比較強的同學才能申請到。

非官方項目則主要考導師推薦和套磁。導師如果在海外有一些比較強的connection，可以直接推薦你過去做一段時間。不過大部分還是通過自己套磁找機會。在選擇套磁的老師的時候，不必局限于自己之前本研的方向，相關的甚至感興趣但不相關的方向，都可以嘗試。

首先可以看導師主頁，覺得有機會的話就可以發郵件詢問一下，簡單介紹自己的背景和對導師的興趣。往往大多不會收到回復，這是比較正常的，一般十封郵件能有兩三封回復就很理想了。通常得到兩三個機會后可以選一個比較中意的接受。發郵件可以盡量早一些，從圣誕節前后就可以發郵件了，國外大學這時候正好是假期，導師也相對閑一些，回復概率會高一些。而且這種先到先得的事情，發晚了很可能就沒有位置留給你了。

一個要注意的是，自己套磁到的機會可能很好也可能是個坑。所以選導師的時候最好挑一些在領域內有名有姓的老師，也可以跟本研導師或者師兄師姐打探一下這位老師的口碑。我有同學自己套到大牛導師后，一個暑假沒怎么見過導師，最后導師說因為不夠了解不能寫推薦信，那這樣就非常可惜了。

暑期科研時間往往只有三個月，時間比較短，很難做一個完整的課題，所以不要有太多壓力，盡量做好每一個環節，體現出自己的能力和想法，給導師留下一個好的印象就夠了。同時，在海外的時候是一個交流的好機會，所以盡量跟導師、組內的師兄師姐多交流，搞好關系。也可以抓住機會跟學校內其他感興趣的老師、甚至其他大學的老師建立聯系套套磁，在之后的申請中都會有一定的幫助。

PhD項目選擇

其實選擇項目無非這么幾個指標，學校名氣、綜排、專排、faculty。

其實申請PhD不必太在意學校排名，更需要關注這個項目在自己感興趣的領域的研究實力及faculty如何。如果這個項目和你的背景、興趣非常匹配，那也會增加你的競爭力的。

比如我申請了Penn State University，這個學校綜排和專排并不是很好，但在量子材料、拓撲絕緣體等方向就有很多很好的faculty，和我的研究興趣也非常契合，培養的很多學生都回來在北大做研究，所以我覺得這也是個非常好的選擇。再比如我申請的Cornell的Applied Physics的項目，Jie Shan，Kin Fai Mak還有Paul McEuen等老師就和我的研究興趣還有背景很契合，在PS里我也特意強調了這一點。芝加哥大學的物理實力也非常強，但是我感興趣的領域的faculty就比較少，其他做凝聚態的老師我也沒有特別的興趣，所以干脆直接不申這個項目。

所以項目選擇最重要的還是綜合考慮你的背景、興趣和這個項目是不是匹配。背景好但強行申請匹配度很高的項目也是比較困難的。其他的因素比如funding，地理位置等因素也可以根據個人喜好綜合考慮。

大學四年應該如何規劃

其實背景提升并沒有那么夸張，最主要的還是在科研方面強化或者尋找匹配。如何衡量你的科研方面的競爭力，無非是這么幾個指標：科研經歷，科研成果，推薦信，人脈，匹配度。科研成果、人脈可能自己不能完全掌控，但其他的總可以爭取一些。

科研經歷應當關注質量和數量。當然質量是第一位的，一個完整的、參與度高、理解深刻的科研經歷是極有說服力的，因此參與每一個項目的時候都要認真對待。數量多也是優勢，數量多說明你投入的精力多，了解的領域更廣，學到的技術也更多。因此有機會可以多爭取一些機會，像是交換，科研實習等。

關于推薦信，我認為強推大于牛推。也就是說一個對你了解深刻，共事時間長的導師寫的強推是最有說服力的，而大牛寫的一般質量推薦信其實沒有那么理想。大牛的作用是他的話更容易讓人信服，不代表他對你的推薦就會更有力度。因此選擇推薦信的時候優先選擇對你了解的、評價好的推薦人。當然推薦信的質量是建立在你在這個老師組里做的工作的情況，所以在平時做事情的時候就盡量認真，給老師留下一些好的印象。

匹配度這個還是看你的背景和你申請時選擇的項目，選擇高匹配度的項目當然競爭力會更強。不過也不必擔心被這個限制住，在未來有很多選擇其他方向的機會，不會有限制。

我的軟硬背景其實并不強，能申請到Cornell這個項目我覺得我主要是抓住了科研經歷、推薦信、人脈和匹配度這幾個點。首先我科研成果并不亮眼，只有一篇四作AMI，但我參與的項目如果算上手頭這個一共是四個，所以還算豐富。推薦信這一項，因為我在暑期科研的時候做的還比較認真，雖然沒什么成果，但那邊老師給的評價還不錯，給了不錯的推薦信，再加上本研導師也給了比較給力的推薦信，所以推薦信上競爭力還可以。

我和這個項目的匹配度也還不錯。Cornell在凝聚態領域本身就很出名，我感興趣的幾個導師也是主要研究低維材料的電學光學力學性質的，所以背景比較契合，競爭力也不錯。人脈這一項其實更多得益于我本研的導師，他在spintronics這個圈子里還是有一些影響力的，正好Cornell那邊jie shan，kin fai mak也做spintronics，所以他的推薦信會更有力一些。

關于申請的要素，老生常談，主要就是GPA，科研，英語，領域，人脈以及運氣。

GPA這個其實很tricky，自然是多多益善。有些學校會比較看重，有些學校并不是特別在乎。比如Princeton，對績點要求就會比較高，3.8/4.0以上會比較有競爭力。一般大于3.7的GPA其實就能保證比較好的競爭力，不會拖后腿。不過GPA也不是決定因素，所以同學們在刷GPA的時候應留有充足的時間分給其他活動。

科研，不用說，核心競爭力。對于做理論的同學一般需要有一定publication，做實驗的同學沒有publication也是很正常的情況，更重要的是科研經歷本身。

英語一般是TOEFL，GRE，GRE Sub三項。一般情況下項目會有最低TOEFL要求，但絕大多數情況不會卡最低分，通常來說95-100分就足夠，105及以上最好。同時Speaking 22分足夠滿足大多要求，24分就基本無障礙了。GRE，對于理工科150+170及以上就足夠了，一般沒有最低分要求。GRE Sub一般也沒有最低分要求，而且這個屬于高了不會幫你加分但低了會拖后腿的項目，一般960及以上就沒問題。

至于領域，也就是你申請的方向。這個方向的現狀會影響申請難度。比如高能相對凝聚態就會難申一些，理論相對實驗就會更難申，大氣物理相比其他方向競爭沒有那么激烈，核物理申請則比較困難。

人脈，是決定申請結果一個很重要的因素，即使對于學術圈內的研究者也是非常重要的。像是你的導師的人脈，自己套磁建立的和教授的聯系、學術會議上的交流等都是重要的人脈。比較強的人脈完全有可能直接幫你錄取這個項目，所以平時要注意和圈內的人搞好關系，也盡量有意識推廣自己的研究成果，多跟其他人交流。