北京时间2023年10月24日,美国物理学会(American Physical Society)宣布南方科技大学校长、清华大学教授、中国科学院院士薛其坤获得巴克利奖(2024 Oliver E. Buckley Condensed Matter Physics Prize),这是该奖自1953年授奖以来首次颁发给中国国籍物理学家。
薛其坤同时是大湾区科学论坛战略咨询委员会委员,曾在接受大湾区科学论坛的采访中表达对论坛未来发展的期待。
在拓扑绝缘体及量子反常霍尔效应相关领域成果受肯定
“作为中国科学家能入选这个奖,感到非常意外。”薛其坤在接受南方日报记者采访时说。他也强调,其科研成果的取得,得益于改革开放以来国家科技实力的持续壮大和基础科学研究的长期深厚积累。这些荣誉属于团队当中的每一位研究者,更属于国家。
薛其坤表示,自己将带领南方科技大学、清华大学团队,继续在拓扑量子物理、高温超导领域深入开拓,挑战世界性科学难题,推动中国基础科学研究朝世界前沿不断迈进。
巴克利奖被公认为是国际凝聚态物理领域的最高奖,旨在表彰在凝聚态物理领域作出卓越贡献的科学家。薛其坤和美国哈佛大学教授Ashvin Vishwanath共同凭借“对具有拓扑能带结构的材料的集体电子性质的开创性理论和实验研究(groundbreaking theoretical and experimental studies on the collective electronic properties of materials that reflect topological aspects of their band structure)”获奖。
巴克利奖的授予,是国际物理学界对薛其坤和他所率领的研究团队多年来在拓扑绝缘体及量子反常霍尔效应相关领域持续深耕、锐意创新,并取得不凡成果的进一步高度认可。
量子反常霍尔效应是凝聚态物理中的一个重要量子效应。长期以来,使其“现身”并实现实验观测难度极大,是无数研究者奋力追寻而不得的科学目标。
2009年起,薛其坤联合来自清华大学物理系、中国科学院物理研究所、美国斯坦福大学的多个研究组,组成攻关团队,开始一起从拓扑绝缘体研究方向尝试攀登这座科学高峰。
2012年底,在克服了一道又一道难关后,薛其坤和团队在全世界首次成功在实验上观测到了量子反常霍尔效应。该成果于2013年5月在美国《科学》(Science)杂志发表,审稿人予以高度评价,称之为“凝聚态物理界一项里程碑式的工作”。
这一中国科学家在实验上独立观测到的重要物理现象,被视为全球基础研究领域的重要科学发现,是世界物理学界最为重要的实验进展之一,为后续国际凝聚态物理研究引领了新的方向。近年,国内外多支研究团队在此基础上取得了新的突破。
而在应用领域,量子反常霍尔效应及其无耗散边缘态,又将可能在未来被用于发展新一代的低能耗电子学器件,解决一系列瓶颈问题。
过去的十年间,薛其坤和研究团队对拓扑量子物理的探索从未停止,他们不断尝试提高观测温度、积极寻找新材料并取得了重要进展,同时将推动实验成果进入应用领域作为目标,力求助力国家信息技术革新。
带领团队挑战世界性科学难题
未来有何科研攻坚计划?薛其坤表示,其和团队会继续将量子反常霍尔效应、拓扑绝缘体研究推向一个新的高度。
“第一个目标就是在液氮温区实现量子反常霍尔效应。还有一个更宏伟的目标就是在室温下也能够观测到这个量子现象。基于量子反常霍尔效应和拓扑绝缘体的研究,我们也会看到包括拓扑超导等一系列新奇的物理现象。”薛其坤说。
他进一步指出,上述科学研究有着重要的现实意义,“如果我们提高了量子反常霍尔效应观测的温度,真要到了室温的话,那我们就可以在室温的环境、室温的条件下去制造一些新的电子器件,就把量子反常霍尔效应这一科学发现能够大力推进到应用方面。另外量子反常霍尔效应能在高温下存在,这本身在科学上就是一个非常有意思的问题。”
拓扑量子物理之外,薛其坤团队近年来还瞄准高温超导领域,探寻物质世界的奥秘。
超导和高温超导领域同样受到百余年来数代物理学家的持续关注,其研究推动了人类对自然界特别是电阻传输方面规律的深刻理解,但也遗留有许多在物理学领域至今仍然悬而未决的世纪难题。
2012年,薛其坤带领清华大学物理系研究团队发现了单层铁硒与钛酸锶衬底结合而衍生出的界面高温超导。这一发现挑战了主流共识,并在2021年发表论文进一步提出独有创新观点。
在高温超导机理研究中取得新的中国发现,是薛其坤和研究团队下一步的科学目标,“目前我们在南科大搭建了新的平台,组建了新的团队,师生正在针对相关问题进行科研攻关,希望将南科大、清华两个学校的科研力量结合,发挥团队攻坚作战的强大能力,争取在高温超导机理研究中做出重要成果。”
薛其坤也解释称,高温超导机理研究也有着重要的现实意义。“如果我们知道了1986年科学家发现的铜氧化物超导材料的机理,解决了这一重大科学问题,那么对凝聚态物理的基础理论会有一个极大的更新。另外,如果我们知道了这一机理,那么我们就有可能以此作为根据,去寻找新的高温超导材料。如果我们能够找到更新的高温超导材料,那将会对世界的科学技术,甚至经济产生重大的推进作用。这也就是前一段时间韩国团队关于室温超导的报道为什么会吸引全球关注的原因。”
寄语更多年轻人未来投入基础研究领域
近年来,薛其坤已获国家自然科学一等奖1项,获国家自然科学二等奖2项,获第三世界科学院物理奖、陈嘉庚科学奖、求是杰出科学家奖、何梁何利科学与技术成就奖、未来科学大奖-物质科学奖、(首届)全国创新争先奖章、菲列兹·伦敦纪念奖、北京市突出贡献中关村奖和复旦-中植科学奖等奖励与荣誉。
作为科研“大牛”,他对年轻的科研工作者或科学爱好者有何建议?
“尽管这个时代经济高速发展,互联网信息高速膨胀,但探索自然界的奥秘,是让人感到非常振奋的一个领域。”薛其坤勉励更多年轻人包括青少年,要有追求科学、探索自然奥秘的理念和精神,并朝这个方向努力,学好知识,未来投入基础研究领域,为人类科学进步作出贡献。
来源:南方日报、南方科技大学官网
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