量子异常霍尔效应:中国实验室取得的诺贝尔奖获奖成就

从中国实验室看,随着铁基超导,多光子纠缠和中微子振荡,中国物理学取得了突破性进展。 1月8日,清华大学和中国科学院物理研究所实验组在清华大学教授薛启坤和中国科学院物理研究所实验组的带领下,获得一等奖。 2018年国家自然科学奖在量子异常霍尔效应方面取得突破性成果。

全球首次发现:中国实验室里产生的世界级基础研究原创成果

“量子异常霍尔效应”——当我第一次听说这个名字时,很多人会感到困惑。然而,走进这个自由的王国,人们会发现一个完全不同的摩天大楼。由于薛启坤团队的发现,中国标志着建筑的新高度。

微观世界的运作受量子力学定律的支配,并将显示出与宏观世界完全不同的现象。霍尔效应是磁传感器和半导体工业中广泛使用的常见电磁现象。那么异常的子替代霍尔效应的魔力是什么?

科学家认为,量子异常霍尔效应最美妙的事情是“电子的量子霍尔态可以在没有任何施加磁场的情况下实现。”因此,这项研究将推动新一代低能耗晶体管和电子器件的发展,这可能会加速信息技术革命的进程。

据报道,量子异常霍尔效应可以改变电子的轨迹,使其像在高速公路上行驶的汽车一样有序,减少中间障碍物并减少电子运动中的能量损失。

这一发现已被转化和应用。对于普通大众来说,最直接的影响是它可以解决诸如手机或电脑发热,快速耗电和慢速操作等问题。

自1988年以来,当美国物理学家提出可能存在不需要外部磁场的量子霍尔效应时,物理学家一直在发表各种程序,但在实验中没有取得实质性进展。 2008年,薛启坤带领团队进入这一领域。经过四年的研究,量子异常霍尔效应最终在世界上首次被观察到。

这是近年来物理学界最重要的实验发展之一,引领着国际学术方向。诺贝尔奖获得者杨振宁在美国杂志上发表这篇发现论文后说:“这是第一次从中国实验室发表诺贝尔物理学奖的物理论文!”

创新实验方法:学术道路前行每一步都有意义

从沂蒙山区出来的薛其坤身材不高,有着强烈的乡土气息,简单有趣。奋斗和坚持是他和团队成员王亚玉,何伟,马旭村,陆力在科学道路上的生命信条。

薛启坤研究团队长期结合分子束外延,超低温和强磁场扫描隧道显微镜,以及角分辨率光电子能谱,在表面,界面和低维物理领域做出世界一流的工作。

2008年,薛启坤研究团队抓住了拓扑绝缘子新领域的机遇,率先建立了世界拓扑绝缘薄膜的生长动力学机制,利用分子束外延生长出世界上最优质的样品。所提出的生长方法现已成为国际公认的制备拓扑绝缘体样品的方法。

在此基础上,他们利用扫描隧道显微镜揭示了拓扑绝缘体表面态拓扑保护和Landau量子化的独特性质。研究团队和国内相关科学家的努力使中国成为拓扑绝缘子领域的国际领导者。

“这是过去二十年来凝聚态物理和物质物理领域最具挑战性的实验之一。”薛启坤承认,实验的难点在于目标的不确定性。 “我们想要实现的材料就像一个人。短跑运动员的速度和举重运动员的力量以及花样滑冰运动员的技能都是必需的。

“我们的实验结果已经被科学界反复验证。量子异常霍尔效应的实验经受住了历史的考验。”薛启坤说:“我想找到一些科学在科学原创中看不到的东西。眼睛应该更亮,你使用的仪器工具必须具有更高的分辨率和灵敏度。”

量子异常霍尔效应和高温超导是物理学中最受欢迎的两个主题。薛启坤已经完成了前者,下一步将是后者。他承认这是一次全新的尝试:“在学术道路上,每一步都是有道理的。这就是科学的魅力。”

理解“物理之美”:中国基础科研正处“黄金时代”

科学探索是无数次接近真理的过程。现在薛启坤对“物理之美”有了越来越深刻的认识。他相信他的生活每天都是答案,探索神秘的过程让他感到高兴。

“我们的成就与改革开放40年来所取得的成就是分不开的。”薛启坤说,量子异常霍尔效应的发现是改革开放40年来中国基础研究的一项重大成就,国力日益强大,技术完善,技术完善。政策的科学技术规划,科学体系,鼓舞人心的创新氛围是基础和保障。

发现量子霍尔异常效应团队的五个主要完成者,平均年龄为48岁,目标是相同的主要科学目标,每个都有自己的力量但相对独立,单位研究团队的成员已经形成有效的合作,深度和持久性。在国内外并不多见。

人的生命是短暂的,随着时间的推移,物质将会消失。只有不朽的知识才能在历史的长河中熠熠生辉。团队成员说:“中国的基础科学研究处于黄金时代,它可以成为这个时代的挣扎者,并感到高兴。”

薛启坤认为,创新型人才必须能够坐在板凳上,能够承受孤独,突破基础研究和创新,巩固国家核心竞争力的基石。

“我们是受党和国家训练的科学家。新时代为我们提供了更好的机会。我们必须不辜负我们的使命,努力为国家的力量,人民的幸福和科学探索作出新的贡献。”薛启坤和他的同事们充满了热情。

[编辑:张嘉兴]