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科学家张首晟去世,离诺奖最近的他对电子行业有哪些贡献?

时间:2018-12-06 作者:网络整理 阅读:
12月6日,美国华裔科学家、斯坦福大学物理系、电子工程系和应用物理系终身教授张首晟被曝于12月1日去世。从“量子自旋霍尔效应”到“天使粒子”,他为电子行业做了哪些重要贡献?

12月6日,美国华裔科学家、斯坦福大学物理系、电子工程系和应用物理系终身教授张首晟被曝于12月1日去世。

据其斯坦福大学校友称:“(张首晟教授)从9楼还是19楼跳下来的。前一天,也就是周五他还在和丹华的律所fund组开会。”根据他的家人和物理系的电子邮件得知,他一直在和抑郁症作斗争。斯坦福校方周一就请了公关专家来处理此事。当地警方认为是自杀,已经结案。

曾被称为离诺奖最近的人

张首晟被称作华人科学家里离诺贝尔奖最近的人选之一。

2007年,张首晟发现的“量子自旋霍尔效应”被《科学》杂志评为当年的“全球十大重要科学突破”之一。基于他对拓扑绝缘体和量子自旋霍尔效应的开创性研究,张首晟已包揽物理界所有重量级奖项,包括欧洲物理奖、美国物理学会巴克莱奖、国际理论物理学中心狄拉克奖、尤里基础物理学奖和富兰克林奖章。

2009年,张首晟被清华大学特聘为教授。张首晟是2013年中国科学院外籍院士。

他还是杨振宁的弟子,杨振宁曾评价:“对他来说,获得诺贝尔奖只是时间问题。”

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1987年张首晟博士毕业时与杨振宁的合影

2014年,中科院物理所研究员丁洪曾在预测诺贝尔奖得主时表示,张首晟很有可能摘得诺奖。

“量子自旋霍尔效应”给芯片业未来提出的新构想

张首晟领导的团队2006年提出了“量子自旋霍尔效应”,将其基于芯片业未来提出的新构想——通过控制电子自旋运动来降低能耗——在理论上完成了预言。2007年,张首晟发现的“量子自旋霍尔效应”被《科学》杂志评为当年的“全球十大重要科学突破”之一。

美国科学家埃德温·霍尔在19世纪末发现,通电导体在磁场作用下能使电流运动方向改变90°,这被称作霍尔效应。1980年,科学家又发现在极低温和强磁场条件下,霍尔效应呈现电子按顺时针沿导体边缘运动的现象,这就是量子霍尔效应。与无序运动导致热量产生相比,电子保持秩序状态则几乎没有能量损耗,由此引发了科学界研制新的电脑元器件的设想。

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但是,量子霍尔效应需要苛刻的条件。张首晟设想,能否在正常条件下,让电子跳舞从杂乱无章的迪斯科到井然有序的集体舞。他研究发现,电子如同地球自转一样,有一种叫做自旋的基本特性,自旋向上的沿逆时针运动,自旋向下的沿顺时针运动。这种自旋也会产生量子霍尔效应,这就是量子自旋霍尔效应。它不仅没有能量损耗,并且不需要强磁场,也可在室温环境下实现。

“天使粒子”引发关注及争议

2017年7月,张首晟与其他几位华人科学家宣布发现马约拉那费米子,并将其命名为“天使粒子”。张首晟今年1月接受科技日报记者采访时介绍,“天使粒子”将有助于量子计算机的研发。他当时透露,正在规划在该领域与国内高校进行更深入合作。

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张首晟团队搜寻手性Majorana费米子的实验平台

“天使粒子”的发现引发公众极大关注,但也因为媒体的表述一度引发了争议。

实际上,这项实验由由加州大学洛杉矶分校的王康隆团队(UCLA Device Research Lab (Kang Wang Group))主导,上海科技大学合作,并由加州大学欧文分校、加州大学戴维斯分校协助、斯坦福大学团队的参与。实验中观测到了马约拉纳费米子模存在的证据,同时又极大程度上排除了其他因素的影响,成为马约拉纳准费米子存在的有力证据。

标准物理理论模型中,12种基本粒子被分成两大家族:电子、质子等8种粒子组成的费米子家族和光子、介子等4种粒子组成的玻色子家族。一般认为,每一种粒子都有其反粒子,且状态与粒子本身相反,粒子与反粒子相遇会瞬间湮灭。

但1937年,埃托雷·马约拉纳预言,有一类特殊的费米子,像光子等玻色子一样,它们的反粒子就是自身,这种费米子被称为“马约拉纳费米子”。

研究论文共同一作、加州大学洛杉矶分校的潘磊指出,所谓的发现天使粒子,并不是真正发现了马约拉纳费米子,而是发现了符合马约拉纳费米子性质的激发态。

马约拉纳费米子被认为是制造量子计算机的完美选择。只要符合马拉约那费米子的性质,就可以用来实现拓扑量子计算。拓扑量子计算机对外在噪声的抵抗力比普通量子计算机更强,更具鲁棒性。研究人员也表示,探测到这种粒子后,他们可以制备出电子芯片,实现基于这一粒子为基础的拓扑量子计算机电脑芯片。

“千人计划”一员,积极与国内高校和科研院所合作

他在2009年作为“千人计划”人才回到中国。这些年与国内高校和科研院所的合作十分成功,比如发现了三维拓扑绝缘体和量子反常霍尔效应。

“中国已经可以把从1到10,从10到100这种放大性的工作做好,需要更多从0到1的原创。”张首晟说,他的总体感受是,中国的科研越来越走向国际前沿。

张首晟认为,好奇心驱动是做原创性工作最重要的素质之一。要想催生出原创性研究,需要从教育模式和科研机制等方面营造更为有利的环境。他发现,很多中国人把科研理解为“攻关”。但“攻关”是有目标的,真正原创性的工作,很多时候没有目标。

“应该允许科研计划根据进展进行调整,甚至跟原来的想法完全不一样。”张首晟介绍,美国有不同科研经费支持机构,包括美国国家科学基金会(NSF)、美国能源部(DOE)和美国国防部高级研究计划局(DARPA)等。其中前两者都允许对科研计划进行修改,有时甚至允许科研人员重新调整研究方向。

2013年,张首晟与他斯坦福的学生谷安佳博士联合创立丹华资本,意在以斯坦福大学为核心,专注于投资美国最具颠覆性的创新科技及商业模式,连接美国的创新与中国市场。他同时还担任丹华资本董事长,丹华资本目前仍在正常运营。

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此外,张首晟天使投资的斯坦福大学初创公司VMWare是云计算产业的领军公司,曾市值高达480亿美元。多年来,张首晟教授努力推进中美两国的科技交流。

个人简历:

张首晟(Shou-Cheng Zhang),美国华裔科学家,祖籍江苏高邮,1963年生于上海。斯坦福大学物理系、电子工程系和应用物理系终身教授。

1978年,在没有读过高中的情况下,15岁的张首晟直接考入复旦大学物理系。

1979年(大二),作为交流学生被送往德国柏林自由大学深造。

1983年,获德国柏林自由大学硕士学位,同年赴美国纽约州立大学石溪分校,师从著名物理学家杨振宁教授攻读博士学位。

1987年,获物理学博士学位。

1987年,进入加州大学的圣芭芭拉(SantaBarbara)分校从事博士后研究。

1989年底,结束博士后研究,与妻子余晓帆一起到了SanJose的IBM继续从事科学研究工作。

1993年,被评为斯坦福大学物理系副教授。主要研究领域凝聚态物理,其中重点是拓扑绝缘体,在高温超导、量子霍尔效应、自旋电子学、强关联电子系统等研究方向上取得了大量国际一流的原始创新成果。因其对量子自旋霍尔效应和拓扑绝缘体的开创性研究。

1995年,年仅32岁的张首晟被聘为斯坦福大学物理系教授,成为斯坦福大学最年轻的终身教授之一。

2007年,张首晟发现的“量子自旋霍尔效应”被《科学》杂志评为当年的“全球十大重要科学突破”之一。

2009年,张首晟入选 “千人计划”,并回国被清华大学特聘为教授,在杨振宁先生创办的高等研究院工作,与国内高校和科研院所的合作十分成功,比如发现了三维拓扑绝缘体和量子反常霍尔效应。

2010年,获欧洲物理奖 (Europhysics Prize)。

2012年,荣获联合国教科文组织下属的国际理论物理学中心狄拉克奖(Dirac Medaland Prize),美国物理学会Oliver Buckley奖。

2013年,入选中国科学院外籍院士。同年获物理前沿奖(Physics Frontier Prize),与著名物理学家霍金一起登台领奖。

2014年,获选汤森路透引文桂冠奖,被视为诺贝尔物理学奖的有力人选。同年11月,美国富兰克林奖委员会决定将2015年度富兰克林物理奖(Benjamin Franklin Medal)授予张首晟,以奖励他在拓扑绝缘体研究领域的开创性贡献。该奖历届得主有科学巨人爱因斯坦、居里夫人(Madame Curie)、霍金(Stephen Hawking)、杨振宁,与116位诺奖得主,还有发明大师爱迪生(Thomas Edison,电灯发明者)、特斯拉(Nikola Tesla,交流电网发明者)、贝尔(Alexander Bell,电话发明者) 与莱特(Orville Wright,飞机发明者)。

2015年,入选美国科学院院士。

2017年7月,张首晟与其他几位华人科学家宣布发现“天使粒子”,这是继“上帝”粒子、中微子、引力子之后量子物理的又一里程碑发现。

(综合整理自科技日报、凤凰网、澎湃新闻、新浪科技、金融界)

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