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薛其坤获颁北京科学技术最高奖,首次实验实现量子反常霍尔效应

薛其坤获颁北京科学技术最高奖,首次实验实现量子反常霍尔效应
2020年09月10日 21:07 新浪网 作者 新京报

  新京报快讯(记者 张璐)2019年度北京市科学技术奖励大会今天(9月10日)举行。北京量子信息科学研究院院长、清华大学副校长薛其坤与计算机领域专家、龙芯中科技术有限公司董事长胡伟武荣获北京市突出贡献中关村奖,摘得北京科学技术最高奖桂冠。按照最新调整的北京市科学技术奖奖金标准,突出贡献中关村奖奖金为每人300万元。

  今年63岁的薛其坤是中国科学院院士、著名实验物理学家。他带领团队首次从实验上观测到量子反常霍尔效应,这是我国物理学家在过去40多年发现的最重要的全新物理效应。

薛其坤。资料图

  实验上实现量子反常霍尔效应曾难住科学家

  从20世纪80年代初开始,一系列量子霍尔效应的发现,不但开启了拓扑量子物态这一新研究领域,还为发展未来的低能耗电子器件指明了新的方向。整数和分数量子霍尔效应的发现分别获得1985年和1998年度的诺贝尔物理学奖。

  然而量子霍尔效应的产生需要非常强的外加磁场,这对其研究和应用都带来了极大困难。1988年,美国的霍尔丹教授(2016年诺贝尔物理学奖获得者)在理论上提出有可能存在不需外加磁场的量子霍尔效应,然而它只是一个“玩具模型”,离实际材料体系很远,二十多年来没有任何实质性的实验进展。在真实材料中实验发现量子反常霍尔效应,一直是凝聚态物理学的重大科学目标之一。

  2005年后发现拓扑绝缘体,理论预言在拓扑绝缘体薄膜中引入铁磁性,有可能获得量子反常霍尔效应。然而,这在实验上却极难实现。美国、德国、日本等国家的多个世界顶级研究组都未能取得成功。

  “从中国实验室里发表的诺贝尔奖级的物理学论文”

  从2008年起,薛其坤领导的研究团队结合分子束外延生长、低温强磁场扫描隧道显微镜、角分辨光电子能谱技术开展了对拓扑绝缘体的研究。2009年起,薛其坤团队与清华大学、中科院物理所、斯坦福大学的合作者,开始对量子反常霍尔效应的实验实现进行攻关。最终在2012年底,50岁的薛其坤带领团队在世界上首次实验观测到了量子反常霍尔效应。这一重大发现,让薛其坤声名鹊起。

  在解释这个深奥的问题时,薛其坤举了一个生动的例子:“1980年,德国科学家发现的量子霍尔效应,在强磁场的驱动下,电子像高速公路的汽车一样,分道行驶,可以大大降低电子器件的能耗。我国发现的量子反常霍尔效应,在不加磁场的条件下,就可以实现电子的‘高速公路’、电子的有序运动,为发展低能耗电子器件、拓扑量子计算等未来的信息技术奠定了基础。”

  课题组于2013年将项目成果发表于美国《科学》(Science)杂志,得到了著名物理学家、诺贝尔奖得主杨振宁的高度评价——“这是第一次从中国实验室里发表的诺贝尔奖级的物理学论文”。2019年1月,“量子反常霍尔效应的实验发现”项目,获得2018年度国家自然科学奖一等奖。

  带领科技人员推进量子院各项工作

  2017年,为加快建设具有全球影响力的科技创新中心,北京市发起成立北京量子信息科学研究院,薛其坤任院长。“如果说量子反常霍尔效应是重大科技创新的突破,量子院的成立则是重大自主创新的探索。”薛其坤说,他和全院科技人员正在全力推进各项工作,目标就是要将量子院建设成为中国量子信息技术的核心基地。

  值得一提的是,今年,薛其坤还获得了2020年度菲列兹·伦敦奖,这是国际公认的低温物理领域最高奖。

  “我内心始终有一种信念,中国的科学家要不负使命,穷其一生为国家谋发展、为人民谋幸福、为民族谋复兴。”在今天获颁北京市突出贡献中关村奖后,薛其坤发言称,他会把获得突出贡献中关村奖这一崇高荣誉作为全新起点,不负使命、砥砺前行。

  新京报记者 张璐

  编辑 刘梦婕 校对 李世辉

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