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国家科学技术奖三大奖之一的国家自然科学奖,代表着我国基础研究的硬实力,一等奖曾连续空缺。2018年度,这一重要奖项连续第6年产生一等奖,获奖者是清华大学薛其坤院士团队,他们在国际上首次实验发现量子反常霍尔效应,被国际凝聚态物理界公认为近年来最重要的发现之一。

量子霍尔效应是一个重要的科学效应,它可以用来发展低能耗的晶体管和电子学器件。然而,量子霍尔效应在应用中需要非常强的磁场,既昂贵、又困难。薛其坤院士科研团队所研究的“量子反常霍尔效应”中所谓的“反常”就在于不需要外加体积大、费用高的磁场就能实现量子的霍尔状态,这就为低能耗电子学器件和量子计算等的发展开辟了一个新的途径。因此,量子反常霍尔效应是近年来各国物理学家们追求的一个重大科学目标。

中科院院士 清华大学副校长 薛其坤:如果这个量子反常霍尔效应真要用到变成一个实际技术的时候,可以使很多的电子器件发热大大消除,你立即想到的一个可能发展方向就是在单位面积上集成的晶体管密度会大大增加。

为了实现这一目标,从2009年起,薛其坤科研团队与多家科研机构合作,开始了对量子反常霍尔效应的实验攻关。在那段时间里,量子世界的未抵之境像磁铁一样吸引着薛其坤,早上7点进实验室,晚上11点才离开是薛其坤给学生们留下最深刻的印象,大家亲切地称呼薛老师是“7.11教授”。

清华大学物理系教授 王亚愚:我离开实验室比较晚的时候,甚至有时候到了快半夜12点,我看他的办公室灯还亮着,在他回家之前还有时候去实验室转一圈,跟学生们讨论。他几乎没有什么节假日,所以他确实非常勤奋。

经过4年的反复实验,薛其坤带领科研团队测量了上千个样品,克服了重重障碍,先后攻克了对1纳米到6纳米厚度薄膜的生长和输运测量;对拓扑绝缘体能带结构的精密调控等技术难关,最终从实验中观测到“量子反常霍尔效应”。该成果于北京时间2013年3月15日在国际权威学术期刊《科学》上在线发表。这是美国物理学家霍尔于1880年发现反常霍尔效应133年后,人类终于对其实现了量子化。

中科院院士 清华大学副校长 薛其坤:一个人的能力是有限的,但是你的努力可以是无限的,这就是我们这个实验成功很重要的一点。

在此项科研成果公布后,日本、美国的科学家在之后一年多时间也相继在相同系统中重复得到了这一实验结果,薛其坤科研团队的成果进一步得到了验证。科研上的巨大成功并未让薛其坤和他的团队停止前进的脚步,他们又先后找到了提高观察量子反常霍尔效应温度的方法,截至目前,科研组已经将观测温度提高了20倍以上,加深了对量子反常霍尔效应的理解,并找到了新的材料体系。一系列成果让量子反常霍尔效应距离实际应用更近了一步。

中科院院士 清华大学副校长 薛其坤:国家不断增强的国力,给我们中国人也创造了一个做科学研究、追求科学规律这样一个非常好的舞台,我想用这个成果回报我们的党、国家和人民。


l来源:中国经济网     时间:2019年1月8日

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