量子反常霍爾效應：
中國實驗室里做出來的“諾獎級成果”

新華社北京1月8日電 題：量子反?；魻栃褐袊鴮嶒炇依镒龀鰜淼摹爸Z獎級成果”

新華社記者陳芳、胡喆、荊淮僑

從中國實驗室里，繼鐵基超導、多光子糾纏、中微子振蕩后，我國物理學再獲突破性進展。1月8日，由清華大學教授、中國科學院院士薛其坤領銜的清華大學和中科院物理所實驗團隊在量子反?；魻栃〉玫耐黄菩猿晒?，獲得2018年度國家自然科學獎一等獎。

全球首次發(fā)現(xiàn)：中國實驗室里產生的世界級基礎研究原創(chuàng)成果

“量子反?；魻栃薄?shù)谝淮温犝f這個名字，許多人都會一頭霧水。然而，走進這座自由王國，人們會發(fā)現(xiàn)一棟截然不同的摩天大樓。因為薛其坤團隊的發(fā)現(xiàn)，中國標注了這座大樓的新高度。

微觀世界的運行由量子力學規(guī)律支配，會顯示完全不同于宏觀世界的現(xiàn)象。霍爾效應是一種常見的電磁現(xiàn)象，廣泛應用于磁傳感器和半導體工業(yè)。那么當量子反?；魻栃霈F(xiàn)，會產生怎樣的神奇？

科學家們認為，量子反?；魻栃淖蠲烂钪幨恰安恍枰魏瓮饧哟艌鼍涂梢詫崿F(xiàn)電子的量子霍爾態(tài)”。因此，這項研究成果將會推動新一代的低能耗晶體管和電子學器件的發(fā)展，可能加速推進信息技術革命的進程。

據(jù)介紹，量子反常霍爾效應，可以改變電子的運動軌跡，使其像在高速公路上行駛的汽車一樣有序，減少了中間阻礙，降低了電子運動中的能量損耗。

這一發(fā)現(xiàn)經(jīng)轉化應用，對普通大眾來說，最直接的影響就是有可能會解決手機或電腦發(fā)熱、耗電快、運行慢等問題。

自1988年美國物理學家提出可能存在不需要外磁場的量子霍爾效應以來，不斷有物理學家發(fā)表各種方案，但在實驗上并沒有取得任何實質性進展。2008年，薛其坤率領團隊開始進入這一領域，經(jīng)過四年研究，終于在世界范圍內首次觀測到量子反常霍爾效應。

這是世界物理學界近年來最重要的實驗進展之一，引領了國際學術方向。這一發(fā)現(xiàn)的論文在美國《科學》雜志發(fā)表后，諾貝爾獎獲得者楊振寧稱：“這是從中國實驗室里，第一次發(fā)表出了諾貝爾獎級的物理學論文！”

創(chuàng)新實驗方法：學術道路前行每一步都有意義

從沂蒙山區(qū)走出來的薛其坤，個子不高、鄉(xiāng)音濃濃，樸實而風趣。奮斗與執(zhí)著，是他和團隊成員王亞愚、何珂、馬旭村、呂力等在科學之路上的人生信條。

薛其坤研究團隊長期以來結合分子束外延生長、極低溫強磁場掃描隧道顯微鏡、角分辨光電子能譜技術，在表面、界面、低維物理學領域做出了國際一流的工作。

2008年，薛其坤研究團隊抓住拓撲絕緣體這個新領域興起的契機，在國際上率先建立了拓撲絕緣體薄膜的生長動力學機制，利用分子束外延生長出國際最高質量的樣品。所提出的生長方法現(xiàn)已成為國際上通用的拓撲絕緣體樣品制備方法。

在此基礎上，他們利用掃描隧道顯微鏡揭示出拓撲絕緣體表面態(tài)的拓撲保護性和朗道量子化等獨特性質。該研究團隊與國內相關科學家的努力使得中國在拓撲絕緣體領域研究中處于國際領先行列。

“這是過去二十多年來凝聚態(tài)物理和材料物理領域，最具挑戰(zhàn)性的實驗之一?！毖ζ淅ぬ寡?，實驗的難度在于目標的不確定性，“我們所要實現(xiàn)的材料就像一個人既需要短跑運動員的速度、又要有舉重運動員的力量、更要有花樣滑冰運動員的技巧”。

“我們的實驗結果得到了科學界的重復驗證，量子反常霍爾效應的實驗經(jīng)受住了歷史的考驗?！毖ζ淅ふf，“想在科學原創(chuàng)上發(fā)現(xiàn)別人看不到、發(fā)現(xiàn)不了的東西，肯定你的眼睛要更亮，你使用的儀器工具分辨率、靈敏度必須要更高。”

量子反?；魻栃透邷爻瑢俏锢韺W界最熱門的兩個課題。薛其坤已經(jīng)完成了前者，下一步將朝著后者進發(fā)。他坦言這是一次嶄新的嘗試：“在學術的道路，前行的每一步都有意義，這就是科學的魅力。”

理解“物理之美”：中國基礎科研正處“黃金時代”

科學探索就是無數(shù)次接近真理的過程?，F(xiàn)在的薛其坤，越來越深刻地理解了“物理之美”。他認為，自己的生活每天就是回答為什么，探尋謎底的過程讓他樂此不疲。

“我們的成果與改革開放40年來取得的成就密不可分?！毖ζ淅ふf，量子反常霍爾效應的發(fā)現(xiàn)是改革開放40年間我國在基礎研究上的一個重大成果，日益強大的國力、良好完善的科技政策、科學系統(tǒng)的科技規(guī)劃、催人奮進的創(chuàng)新氛圍是基礎和保障。

發(fā)現(xiàn)量子霍爾反常效應團隊的五位主要完成人，平均年齡48歲，他們瞄準同一重大科學目標，各有所長但相對獨立，單元科研團隊的成員間形成了高效合作，其深度和持久性在國內外也不多見。

人類的生命稍縱即逝，物質也會隨著時間湮滅，唯有不朽的知識閃耀在歷史的長河里。團隊成員們表示：“中國的基礎科研正處在一個黃金時代，能成為這個時代的奮斗者，倍感幸福?！?/p>

薛其坤認為，必須讓創(chuàng)新人才坐得住冷板凳、耐得住寂寞，在基礎研究、原始創(chuàng)新上不斷突破，夯實國家核心競爭力的基石。

“我們是黨和國家培養(yǎng)起來的科學家。新時代為我們提供了更好的機遇，我們定要不負使命、努力奮斗，為國家強大、人民幸福和科學探索不斷做出新的貢獻?！毖ζ淅ず退耐聜儔阎緷M懷。