最有可能拿到諾貝爾物理學獎的華裔科學家,因為抑鬱症不幸早逝

他幾乎拿到了世界物理學界的所有大獎,歐洲物理獎,美國奧利佛巴克利獎,狄拉克獎,美國富蘭克林獎等等。物理學界認為他獲得最重量級大獎諾貝爾獎 是早晚的事,可是天不隨人願,2018年12月1日,因長期遭受抑鬱症困擾意外逝世,終年55歲。國際物理學界的一顆將星溘然而逝,令人惋惜。

他就是美籍華裔物理學家——張首晟。

最有可能拿到諾貝爾物理學獎的華裔科學家,因為抑鬱症不幸早逝

張首晟

自學成才的少年天才

我們回顧一下張首晟的開掛人生,張首晟1963年2月出生於中國上海,雖然祖籍江蘇高郵,但張首晟看起來像是個地地道道的江南男人,外表溫文爾雅,十分熱愛詩歌。

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少年張首晟

張首晟從小智商超群,聰明過人,1978年國家剛剛恢復高考。他在沒有參加高中學習的情況下,15歲便通過高考考入復旦大學物理系(該係為原子能系,因時代及政治原因當時並沒有公開),簡直就是自學方面的天才。這就是一項驚人的成就,可以說全國挑一,放到現在比科大少年班的同學還要厲害,因為科大少年班也是到高二才參加高考的。

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復旦大學

大二時,復旦大學就已經讓他“下山了”,兩年不到,本科畢業。因成績過於出色被保送到的德國柏林自由大學攻讀理論物理,這是張首晟第一次離開熟悉的上海,熟悉的家。當初因為家人的影響而報考復旦(爺爺也出自復旦)也沒有走出上海,這一次張首晟感到既陌生又興奮,興奮是因為他終於可以在世界頂級的物理大海中遨遊。在德國的兩年裡,到1983年,張首晟很快攻讀完碩士學位。

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柏林自由大學

獲得碩士學位後,他遠赴美國紐約州立大學石溪分校研究超引力,並獲得了博士學位。張首晟博士畢業後,到加州大學聖芭芭拉分校從事物理研究,在這裡,他遇到了他一生中的伯樂——楊振寧,楊老在這裡無需過多介紹,在楊振寧的影響下,他改變了他的研究方向,主攻具有前瞻性的凝聚態物理,在這裡楊振寧非常肯定張首晟的研究成果,認為他未來有機會獲得諾貝爾物理學獎。

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張首晟與楊振寧

除此之外,張首晟32歲獲得美國斯坦福大學終身教授,同時也是美國科學院院士,1999年被評為中國長江學者講座教授,任清華大學高等研究院客座教授,2004年出任IBM-斯坦福大學自旋電子學研究中心主任。張首晟證明了華人在科學上也可以取得成功。

張首晟可以說是除楊振寧外物理理論研究最為廣泛的華人科學家,他在電子工程學,材料學,量子高能物理,低溫超導均有不俗的建樹。

成名之作——量子自旋霍爾效應。

2006年張首晟與其研究團隊提出了量子自旋霍爾效應,張首晟也成名於此,量子力學是當前最熱門的學科。比如中國科技大學潘建偉教授領銜的量子通信,霍爾效應確實百年前的產物,想要了解量子自旋霍爾效應首先要複習一下霍爾效應。

霍爾效應在目前工業電子元器件中應用廣泛,比如各式各樣的霍爾傳感器。美國物理學家霍爾在1879年發現,當電流垂直於外磁場通過導體時,在導體的垂直於磁場和電流方向的兩個邊界之間會出現電勢差,這個現象被稱為霍爾效應(Hall effect)。

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霍爾效應原理

造成這個現象的原因很簡單:電子在磁場中受到洛倫茨力而偏轉,在導體的兩端逐漸累積,導體中電子偏向的一側相對於電子較少的一側自然會出現電勢差。

起初,西方國家發現並研究量子霍爾效應,並希望能夠對製造新型電腦芯片帶來革命性變化。但是研究表明,要想實現量子霍爾效應,需要強磁場以以超低溫兩大條件。這隻能在實驗室裡才能實現,於是張首晟將目光轉向電子與生俱來的特性——自旋。

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電子自旋

2006年,張首晟及其團隊發表量子自旋霍爾效應,量子自旋霍爾效應跟一種材料拓撲絕緣體息息相關。拓撲絕緣體(topological Insulator)是一種內部是絕緣體,外部是導體的特殊材料。並且拓撲絕緣體具有時間反演對稱性,拓撲結構的邊緣態受時間反演對稱性保護:如果體系有一個正向的邊緣態,那必然有一個與之兼併的時間反演的反向運動的邊緣態,時間反演對稱性保證了這兩個態之間的正交性,並不會出現疊加或者產生無須狀態。這種電子的自旋狀態與電流的方向息息相關(不需要外加磁場)。

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宏觀量子霍爾效應

量力自旋霍爾效應的發現極大的促進了量子反常霍爾效應的研究進程。

2013年,張首晟與中科院院士薛其坤院士領銜的團隊,通過對拓撲絕緣體的邊緣進行磁性元素摻雜,例如Cr、Mn、Eu等元素,產生內在的磁場情況下,實現橫向量子電導的情況。值得一提的是,在高能物理領域大神級的人物楊振寧曾評價這項成就為諾獎級別的工作。

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量子反常霍爾效應

張首晟雖然身居他國,但是時刻不忘對祖國科學以及教育事業的反哺。張首晟曾說到“量子自旋霍爾效應的理論研究以及產業化開發,對科學界以及信息化產業界來說,都將是一次優勝劣汰的機會,這一領域的突破所帶來 的歷史機遇,對中國的基礎研究和產業界的自主創新也都是十分難得的,希望國家有計劃的加大投入,做好戰略佈局,瞄準這一理論預言展開更廣泛的探索,加快研究步伐,搶佔自主創新制高點。”

出師未捷身先死

量子自旋霍爾效應及量子反常霍爾效應研究為高能物理最具前沿的研究,後期可能對電子信息化帶來革命性變化,這一項成果還沒有達到商用的水平,需要張首晟以及更多的人進一步的研究。然而,意外卻發生了!

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意外離世

2018年12月,張首晟因抑鬱症意外去世。因為他在世界範圍內特別是華人世界內的名氣很大,導致人們對他的去世原因產生諸多揣測,什麼美國陰謀論,說張教授掌握芯片製作技術,為防止中國獲得此技術而暗殺云云,其實大部分的說法都是無憑無據。

斯人以逝,尊重逝者,科學家也是普通人,也會有煩惱,有疾病。我們應該更加關注張首晟的科學成就,他不僅僅是一位科學家,也是一位中國長大的華人,他沒有忘記祖國,始終為了中國的科技事業貢獻力量,建言獻策。

希望我們國家出現更多的像張首晟這樣的科學家,我們也應該向張首晟致敬。


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