谈发现量子反常霍尔效应

我们清华大学团队和中科院物理所团队合作,发现了“量子反常霍尔效应”。这个发现,是微观世界电子运动的新规律,是建国以来我国科学家发现的重要科学效应;这个发现,作为物理学名词留在物理学史上,是我国对世界量子科学的原创性贡献。

因为这个发现,我们获得了2018年度国家自然科学奖一等奖。

量子反常霍尔效应实验研究,需要强大的条件支撑。改革开放之初,我们国家没有经济条件支持重大科学研究,即使你有非常好的想法思路,也做不出重大的成果。因为国家的强大,我们才有机会赶上了重要效应的发现。我们由此发现,国家的强大对科研工作非常重要。

这个研究也让我体会到,科研要不辱使命,敢于创新。

量子反常霍尔效应实验的巨大挑战,是要寻找一种磁性的、拓扑的、绝缘的超薄膜,但现实是大部分磁性材料都是导电的,二维情形下很难实现铁磁性,磁性和拓扑很难做到共存。

从2010年到2013年间,经历无数次科学实验,我们团队一点一点的突破积累,经过了艰难的实验过程和团队协同创新。投入研究的团队有四个,博士研究生有二十多位,独具特色、国际先进的尖端仪器有五台套。

还有,目标不确定的攻关时间长达四年。能在三四年的时间坚持聚焦一个实验吗?这是很重要的一个问题。

实验研究还需要细致的观察,重视任何一点实验中的蛛丝马迹;同时要对实验技术的驾驭炉火纯青,对研究方向的理解入木三分,这就是“滴水穿石”的科学精神。

这样,实验成功了,可证明理论的正确;不成功,则证明实验的伟大。

量子反常霍尔效应实验起到了很好的育人作用。2000年到现在,我们培养了博士生/博士后110余名,其中80%的人留在教育科技界,近40多位入选国家人才计划。

科学发现对技术进步有重要推动作用。因为发明了电子晶体管,人类从而发明了电子计算机;因为发明了超导量子晶体管,人类进而发明了量子计算机。我们也希望因为“量子反常霍尔效应”的发现,能够推动拓扑量子计算机的研制。

谈求学和科研经历

我是1987年考入中科院物理研究所,回顾我的求学和科研之路,可以分以下几个阶段。

两次考研的失败(1984年、1986年)。1984年,我参加研究生考试,结果高等数学考了39分,因此大学毕业后只能先去曲阜师范大学工作。作为一个“有志于成为科学家”的青年,我利用两年时间复习,再次于1986年参加考研,结果普通物理再次考了39分。直到1987年,才终于考上了研究生。


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