發(fā)現(xiàn)量子反?；魻栃?yīng)是中國對(duì)人類科學(xué)重要貢獻(xiàn)

中國2018年度國家科技獎(jiǎng)勵(lì)大會(huì)8日在北京舉行，中國科學(xué)院院士、清華大學(xué)副校長薛其坤教授領(lǐng)導(dǎo)的清華大學(xué)、中科院物理研究所實(shí)驗(yàn)團(tuán)隊(duì)完成的“量子反?；魻栃?yīng)的實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)”項(xiàng)目，獲得本年度國家自然科學(xué)獎(jiǎng)項(xiàng)中唯一的一等獎(jiǎng)。

“建立新的科學(xué)理論、發(fā)現(xiàn)新的科學(xué)效應(yīng)和科學(xué)規(guī)律是基礎(chǔ)研究‘皇冠上的明珠’?！毖ζ淅ぴ菏拷邮懿稍L時(shí)表示，量子反?；魻栃?yīng)是一個(gè)基于全新物理原理的科學(xué)效應(yīng)，是新中國成立以來中國獨(dú)立觀測到的不多的科學(xué)效應(yīng)之一，是中國物理學(xué)工作者對(duì)人類科學(xué)知識(shí)寶庫的一個(gè)重要貢獻(xiàn)。

他認(rèn)為，量子反?；魻栃?yīng)的發(fā)現(xiàn)是改革開放40年間中國在基礎(chǔ)研究上的一個(gè)重大成果，也標(biāo)志著中國拓?fù)淞孔游锢淼膶?shí)驗(yàn)研究居世界領(lǐng)先地位。

據(jù)了解，通過實(shí)驗(yàn)在真實(shí)材料中發(fā)現(xiàn)量子反?；魻栃?yīng)，長期以來一直是物理學(xué)家追求的目標(biāo)。自1988年開始就不斷有理論物理學(xué)家提出各種方案，然而之前在實(shí)驗(yàn)上沒有取得任何重要進(jìn)展。因?yàn)榉闯；魻栃?yīng)的量子化需要材料的性質(zhì)同時(shí)滿足三項(xiàng)非?？量痰臈l件：

一是材料的能帶結(jié)構(gòu)必須具有拓?fù)涮匦詮亩哂袑?dǎo)電的一維邊緣態(tài)，即一維導(dǎo)電通道；二是材料必須具有長程鐵磁序從而存在反常霍爾效應(yīng)；三是材料的體內(nèi)必須為絕緣態(tài)從而對(duì)導(dǎo)電沒有任何貢獻(xiàn)，只有一維邊緣態(tài)參與導(dǎo)電。在實(shí)際的材料中實(shí)現(xiàn)以上任何一點(diǎn)都具有相當(dāng)大的難度，而要同時(shí)滿足這三點(diǎn)對(duì)實(shí)驗(yàn)物理學(xué)家來講更是一個(gè)巨大的挑戰(zhàn)。

薛其坤研究團(tuán)隊(duì)長期以來結(jié)合分子束外延生長、極低溫強(qiáng)磁場掃描隧道顯微鏡、角分辨光電子能譜技術(shù)，在表面、界面、低維物理學(xué)領(lǐng)域做出了國際一流的工作。2008年，薛其坤研究團(tuán)隊(duì)抓住拓?fù)浣^緣體這個(gè)新領(lǐng)域興起的契機(jī)，在國際上率先建立了拓?fù)浣^緣體薄膜的生長動(dòng)力學(xué)機(jī)制，利用分子束外延生長出國際最高質(zhì)量的樣品。

從2009年起，薛其坤領(lǐng)導(dǎo)的實(shí)驗(yàn)研究團(tuán)隊(duì)與清華大學(xué)、中科院物理所、斯坦福大學(xué)的研究者合作，對(duì)量子反?；魻栃?yīng)的實(shí)驗(yàn)實(shí)現(xiàn)進(jìn)行攻關(guān)。歷時(shí)4年努力，薛其坤團(tuán)隊(duì)實(shí)驗(yàn)了逾千個(gè)樣品，終于找到一種叫做磁生拓樸絕緣體薄膜的特殊材料，并從實(shí)驗(yàn)中觀測到“量子反?；魻栃?yīng)”。

“量子反?；魻栃?yīng)”是整個(gè)凝聚態(tài)物理中重要基本的效應(yīng)之一，中國科學(xué)家在世界上率先找到了實(shí)現(xiàn)這一特殊量子效應(yīng)的材料體系和具體物理途徑，這一重大發(fā)現(xiàn)引發(fā)國際學(xué)術(shù)界高度關(guān)注，其研究成果論文很快被《科學(xué)》雜志接受發(fā)表，三名匿名審稿人一致給予高度評(píng)價(jià)。著名物理學(xué)家、諾貝爾獎(jiǎng)得主楊振寧直言，這是第一次從中國實(shí)驗(yàn)室里發(fā)表的諾貝爾獎(jiǎng)級(jí)的物理學(xué)論文。

“量子反?；魻栃?yīng)”這項(xiàng)重大發(fā)現(xiàn)不僅是科學(xué)上的重要突破，研究成果應(yīng)用方面也具有意義深遠(yuǎn)的影響，它將會(huì)推動(dòng)新一代的低能耗晶體管和電子學(xué)器件的發(fā)展，可能加速推進(jìn)信息技術(shù)革命的進(jìn)程。中國科學(xué)家這次為何能摘得這一基礎(chǔ)研究“皇冠上的明珠”？

薛其坤強(qiáng)調(diào)，瞄準(zhǔn)同一重大科學(xué)目標(biāo)，不同擅長但相對(duì)獨(dú)立的單元科研團(tuán)隊(duì)的成員間形成了高效合作，其深度和持久性在中外也不多見。這種“團(tuán)隊(duì)協(xié)作、攻堅(jiān)克難”的創(chuàng)新模式是拔得頭籌的重要因素。

同時(shí)，工欲善其事，必先利其器?！傲孔臃闯；魻栃?yīng)”研究團(tuán)隊(duì)在清華大學(xué)的實(shí)驗(yàn)室得到國家強(qiáng)力支持，擁有的五套精密實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)基本上都是當(dāng)前世界的最高水平，科研儀器不但能在材料的原子尺度上控制材料的生長，還可以在原子尺度上表征它的性能，從而把材料的量子特性以及物理、化學(xué)特性在控制方面達(dá)到一個(gè)前所未有的水平。

薛其坤指出，嚴(yán)謹(jǐn)高效的團(tuán)隊(duì)合作、過硬的實(shí)驗(yàn)技術(shù)，也使得中國科學(xué)家率先發(fā)現(xiàn)的量子反常霍爾效應(yīng)經(jīng)受住了歷史的考驗(yàn)，成果論文發(fā)表后，實(shí)驗(yàn)結(jié)果已先后得到東京大學(xué)、麻省理工學(xué)院、斯坦福大學(xué)、普林斯頓大學(xué)等科學(xué)界同行的反復(fù)嚴(yán)格驗(yàn)證。

他表示，“量子反?；魻栃?yīng)”研究團(tuán)隊(duì)要以獲得國家自然科學(xué)獎(jiǎng)一等獎(jiǎng)為契機(jī)，繼續(xù)努力探索，爭取做出更多新的科學(xué)發(fā)現(xiàn)，推動(dòng)成果應(yīng)用的發(fā)展，增強(qiáng)中國人的科學(xué)自信、文化自信，為中華民族真正走向世界科學(xué)的中央和站穩(wěn)中央、堅(jiān)守中央作出貢獻(xiàn)。