康奈尔应用物理学长话留学申请那些事儿

嘉宾介绍

S学长(Pivot学员)

北大物理系本科

申请季中获得康奈尔大学应用物理博士全奖

(第一年CU Fellowship)

宾州州立大学物理博士全奖

俄亥俄州立大学物理博士全奖等项目录取

凝聚态实验方向介绍

凝聚态物理是研究物质的介观和微观物理性质的一门学科。凝聚态物理关注的是大量的具有显著相互作用的原子或分子所组成的凝聚相,最常见的例子是固体和液体。从抽象的角度说,凝聚态物理是研究多个相互作用的自由度中层展现象(emergent phenomena)的一门科学。物质结构划分为不同层次,每一个不同的层次中都会展现出全新的物理性质,遵循不同的物理规律。凝聚态物理研究的尺度上,物理规律与日常生活中的规律和极小尺度下的规律都不相同,有非常多有趣的研究主题。目前,凝聚态物理是目前物理学研究中最活跃的领域,研究者和研究主题占据了物理学研究的极大比重。

凝聚态实验则是通过一些手段产生激励,测量系统的响应来研究其物性。比如测量不同温度下的电阻,比如施加温度梯度测量材料热导性质。一些典型的研究手段例如电输运,强磁场,飞秒激光,扫描隧穿显微镜(STM),中子散射,ARPES,太赫兹(THz)等。

而凝聚态实验和理论相比,凝聚态实验的研究者要显著多于凝聚态理论。由于实验条件和技术的限制,很多理论预言的现象在实验中很难观测到,理论的研究和预言已经远超实验进展,因此实验领域需要更多的研究者来验证理论的预言,比如最近的刚兴起的魔角石墨烯;另一方面,实验可以发现很多理论没有预言或无法解释的奇异现象,比如高温超导,有极大的研究空间。所以凝聚态实验是一个极度活跃具有巨大潜力的方向。

目前凝聚态实验有诸多热点研究主题,例如:

1)non-trivial superconductor。前些年发现的铁基超导以及在低维材料中观察到的超导。

2)拓扑绝缘体以及其他具有拓扑性质的材料

3)魔角石墨烯

4)石墨烯及MoS2代表的一系列二维材料

5)薄膜氧化物、多铁材料等

本科生科研及暑期科研

决定要出国的本科生一般在大二上或者大二下这个时间加入导师的课题组做一些项目,最晚不能晚于大三上,因为科研经历太薄弱的话很难申请到好的暑研,也会影响后续的申请。

本科生科研无非是理论和实验两个大方向(计算物理暂且算作理论物理)。理论物理像是凝聚态理论,高能理论,量子计算,宇宙学和天文等等。做理论需要比较好的数理功底,如果导师的方向和idea比较好的话,发文章相比实验要容易一些。但本来做理论的研究者就比较少,每年招的学生也比较少,而且做理论物理的同学跨专业申请可能会受限制多一些,所以在申请的时候竞争是非常激烈的。竞争力比较强的申请者都有至少一篇以上的一作文章发表。

实验的话比较常见的有凝聚态,AMO,生物物理等方向。实验的申请难度相对理论要低一些,而且由于实验本身发文章就相对困难,所以申请的时候没有文章发表是比较正常的,也不会太影响你的竞争力。像凝聚态,AMO等研究人数多,研究主题多,每年招的学生也多,所以申请的时候的选择也会很多。目前生物物理发展比较快但做的还不是很多,所以申请的时候难度可能相对第一些。

选择什么方向哪个导师,其实不必太在意老师的title和publication,在我看来最重要的还是看你的兴趣。因为本科时间还比较充裕,选择机会也很多,所以可以先选择一个最感兴趣的组尝试一下,要是觉得不合适,还是有机会再去选择其他老师的组。

现实一些地说,考量一个组是否值得去,在我看来有这么几点:

1)老师本身的title,近些年科研成果,教育背景,风评等。拆开来说,title,未必title越大越好,一个正教授可能很忙,没时间关注本科生,或者科研方向不是那么新;而助理教授一般是刚回国没多久,研究主题比较新,也比较有时间来关注本科生,但可能title不如教授响亮。所以这个因人而异,未必教授就一定比助理教授厉害。科研成果,当然优质高产发表是最好的。教育背景,新老师往往有丰富的海外经历,也就意味着在海外学术圈有一定的人脉,这个对你将来暑期科研、申请等等是有很大的帮助的。

2)组内氛围。一个和谐的组内氛围对于你搬砖或者将来申请都是非常重要的。跟学长学姐搞好关系不仅能让你做工作的时候得到很多帮助,而且将来可能就是学术圈的一条重要人脉。

3)近些年本科生去向。这个可以作为重要参考,如果前辈们都申请到了很好的项目,说明在这个组工作确实是能收获很多东西,拿出来也是有说服力的。如果前辈们的去向都很一般,那说明这其中可能确实有问题,就要多打听多考虑。

进组之后当然是要投入足够的精力好好地做事情。审视你做的如何,不光只有发文章一个标准,其实更多时候老师(无论国内外)更在意你在这个过程中有没有理解更深的物理,有没有完整地做了一个课题。比如这个课题你从文献调研,设计实验方案,搭建实验平台,测量,一直做到最后分析数据和理论诠释,就算没有发出文章,那也是一个完整的有收获的科研经历,将来展示给教授看的时候是非常有说服力的,如果能发文章当然更好。

在做本研期间,要有意识地多交流。比如学期交换,暑期科研,学术会议等等,通过这些可以增加你在学术圈的“存在感”,可能帮你建立很重要的人脉关系(比如在学术会议上跟大佬谈笑风生),这种人脉关系在将来申请的时候可能就是一击制胜的。

暑期科研

暑期科研几乎是每一个申请PhD项目的同学的标配。从申请开始说,一般申请时间大概是11月到次年三月。项目上来说有官方项目和非官方项目。

官方项目比较知名的有Stanford UGVR,UCLA CSST和Caltech SURF等等。官方项目的优势自然明显,认可度高,含金量足,组织有序,交流机会多,项目质量和导师都很有保障。但往往竞争激烈,层层筛选,一般背景比较强的同学才能申请到。

非官方项目则主要考导师推荐和套磁。导师如果在海外有一些比较强的connection,可以直接推荐你过去做一段时间。不过大部分还是通过自己套磁找机会。在选择套磁的老师的时候,不必局限于自己之前本研的方向,相关的甚至感兴趣但不相关的方向,都可以尝试。

首先可以看导师主页,觉得有机会的话就可以发邮件询问一下,简单介绍自己的背景和对导师的兴趣。往往大多不会收到回复,这是比较正常的,一般十封邮件能有两三封回复就很理想了。通常得到两三个机会后可以选一个比较中意的接受。发邮件可以尽量早一些,从圣诞节前后就可以发邮件了,国外大学这时候正好是假期,导师也相对闲一些,回复概率会高一些。而且这种先到先得的事情,发晚了很可能就没有位置留给你了。

一个要注意的是,自己套磁到的机会可能很好也可能是个坑。所以选导师的时候最好挑一些在领域内有名有姓的老师,也可以跟本研导师或者师兄师姐打探一下这位老师的口碑。我有同学自己套到大牛导师后,一个暑假没怎么见过导师,最后导师说因为不够了解不能写推荐信,那这样就非常可惜了。

暑期科研时间往往只有三个月,时间比较短,很难做一个完整的课题,所以不要有太多压力,尽量做好每一个环节,体现出自己的能力和想法,给导师留下一个好的印象就够了。同时,在海外的时候是一个交流的好机会,所以尽量跟导师、组内的师兄师姐多交流,搞好关系。也可以抓住机会跟学校内其他感兴趣的老师、甚至其他大学的老师建立联系套套磁,在之后的申请中都会有一定的帮助。

PhD项目选择

其实选择项目无非这么几个指标,学校名气、综排、专排、faculty。

其实申请PhD不必太在意学校排名,更需要关注这个项目在自己感兴趣的领域的研究实力及faculty如何。如果这个项目和你的背景、兴趣非常匹配,那也会增加你的竞争力的。

比如我申请了Penn State University,这个学校综排和专排并不是很好,但在量子材料、拓扑绝缘体等方向就有很多很好的faculty,和我的研究兴趣也非常契合,培养的很多学生都回来在北大做研究,所以我觉得这也是个非常好的选择。再比如我申请的Cornell的Applied Physics的项目,Jie Shan,Kin Fai Mak还有Paul McEuen等老师就和我的研究兴趣还有背景很契合,在PS里我也特意强调了这一点。芝加哥大学的物理实力也非常强,但是我感兴趣的领域的faculty就比较少,其他做凝聚态的老师我也没有特别的兴趣,所以干脆直接不申这个项目。

所以项目选择最重要的还是综合考虑你的背景、兴趣和这个项目是不是匹配。背景好但强行申请匹配度很高的项目也是比较困难的。其他的因素比如funding,地理位置等因素也可以根据个人喜好综合考虑。

大学四年应该如何规划

其实背景提升并没有那么夸张,最主要的还是在科研方面强化或者寻找匹配。如何衡量你的科研方面的竞争力,无非是这么几个指标:科研经历,科研成果,推荐信,人脉,匹配度。科研成果、人脉可能自己不能完全掌控,但其他的总可以争取一些。

科研经历应当关注质量和数量。当然质量是第一位的,一个完整的、参与度高、理解深刻的科研经历是极有说服力的,因此参与每一个项目的时候都要认真对待。数量多也是优势,数量多说明你投入的精力多,了解的领域更广,学到的技术也更多。因此有机会可以多争取一些机会,像是交换,科研实习等。

关于推荐信,我认为强推大于牛推。也就是说一个对你了解深刻,共事时间长的导师写的强推是最有说服力的,而大牛写的一般质量推荐信其实没有那么理想。大牛的作用是他的话更容易让人信服,不代表他对你的推荐就会更有力度。因此选择推荐信的时候优先选择对你了解的、评价好的推荐人。当然推荐信的质量是建立在你在这个老师组里做的工作的情况,所以在平时做事情的时候就尽量认真,给老师留下一些好的印象。

匹配度这个还是看你的背景和你申请时选择的项目,选择高匹配度的项目当然竞争力会更强。不过也不必担心被这个限制住,在未来有很多选择其他方向的机会,不会有限制。

我的软硬背景其实并不强,能申请到Cornell这个项目我觉得我主要是抓住了科研经历、推荐信、人脉和匹配度这几个点。首先我科研成果并不亮眼,只有一篇四作AMI,但我参与的项目如果算上手头这个一共是四个,所以还算丰富。推荐信这一项,因为我在暑期科研的时候做的还比较认真,虽然没什么成果,但那边老师给的评价还不错,给了不错的推荐信,再加上本研导师也给了比较给力的推荐信,所以推荐信上竞争力还可以。

我和这个项目的匹配度也还不错。Cornell在凝聚态领域本身就很出名,我感兴趣的几个导师也是主要研究低维材料的电学光学力学性质的,所以背景比较契合,竞争力也不错。人脉这一项其实更多得益于我本研的导师,他在spintronics这个圈子里还是有一些影响力的,正好Cornell那边jie shan,kin fai mak也做spintronics,所以他的推荐信会更有力一些。

关于申请的要素,老生常谈,主要就是GPA,科研,英语,领域,人脉以及运气。

GPA这个其实很tricky,自然是多多益善。有些学校会比较看重,有些学校并不是特别在乎。比如Princeton,对绩点要求就会比较高,3.8/4.0以上会比较有竞争力。一般大于3.7的GPA其实就能保证比较好的竞争力,不会拖后腿。不过GPA也不是决定因素,所以同学们在刷GPA的时候应留有充足的时间分给其他活动。

科研,不用说,核心竞争力。对于做理论的同学一般需要有一定publication,做实验的同学没有publication也是很正常的情况,更重要的是科研经历本身。

英语一般是TOEFL,GRE,GRE Sub三项。一般情况下项目会有最低TOEFL要求,但绝大多数情况不会卡最低分,通常来说95-100分就足够,105及以上最好。同时Speaking 22分足够满足大多要求,24分就基本无障碍了。GRE,对于理工科150+170及以上就足够了,一般没有最低分要求。GRE Sub一般也没有最低分要求,而且这个属于高了不会帮你加分但低了会拖后腿的项目,一般960及以上就没问题。

至于领域,也就是你申请的方向。这个方向的现状会影响申请难度。比如高能相对凝聚态就会难申一些,理论相对实验就会更难申,大气物理相比其他方向竞争没有那么激烈,核物理申请则比较困难。

人脉,是决定申请结果一个很重要的因素,即使对于学术圈内的研究者也是非常重要的。像是你的导师的人脉,自己套磁建立的和教授的联系、学术会议上的交流等都是重要的人脉。比较强的人脉完全有可能直接帮你录取这个项目,所以平时要注意和圈内的人搞好关系,也尽量有意识推广自己的研究成果,多跟其他人交流。

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