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據(jù)中新網(wǎng)1月8日消息，中國2018年度國家科技獎勵大會8日在北京舉行，中國科學(xué)院院士、清華大學(xué)副校長薛其坤教授領(lǐng)導(dǎo)的清華大學(xué)、中科院物理研究所實驗團隊完成的“量子反?；魻栃?yīng)的實驗發(fā)現(xiàn)”項目，獲得本年度國家自然科學(xué)獎項中唯一的一等獎。

薛其坤教授1987年考入中國科學(xué)院物理研究所師從陸華研究員攻讀碩士和博士學(xué)位。1992-1994年作為中日聯(lián)合培養(yǎng)博士生在日本東北大學(xué)金屬材料研究所櫻井研究室做訪問研究。1996-1997年他以訪問助理教授身份在美國北卡萊羅納州立大學(xué)物理系A(chǔ)spnes教授的研究組做研究一年。

1999年薛其坤教授回到中國，著手搭建在中科院物理所的實驗室，著力發(fā)展國內(nèi)落后的高靈敏的試驗技術(shù)，并大力培養(yǎng)這方面國內(nèi)稀缺的人才。他先后作為首席科學(xué)家承擔(dān)了科技部的重大研究計劃項目。在拓撲絕緣體、低維超導(dǎo)和納米科學(xué)等三個物理學(xué)的熱點研究方向上，他的研究團隊研究水平處于世界領(lǐng)先行列，在國際上開辟了利用分子束外延-掃描隧道顯微鏡研究的拓撲絕緣體和低維超導(dǎo)的研究方向。

從2009年起，薛其坤教授領(lǐng)導(dǎo)的實驗研究團隊與清華大學(xué)、中科院物理所、斯坦福大學(xué)的研究者合作，對量子反?；魻栃?yīng)的實驗實現(xiàn)進行攻關(guān)。歷時4年努力，薛其坤教授團隊實驗了逾千個樣品，終于找到一種叫做磁生拓樸絕緣體薄膜的特殊材料，并從實驗中觀測到“量子反?；魻栃?yīng)”。

在凝聚態(tài)物理領(lǐng)域，量子霍爾效應(yīng)研究是一個非常重要的研究方向。量子反常霍爾效應(yīng)不同于量子霍爾效應(yīng)，它不依賴與強磁場而由材料本身的自發(fā)磁化產(chǎn)生。在零磁場中就可以實現(xiàn)量子霍爾效應(yīng)，更容易應(yīng)用到人們?nèi)粘Ｋ璧碾娮悠骷?。薛其坤教授團隊從實驗上觀測到“量子反常霍爾效應(yīng)”是世界首次。

“建立新的科學(xué)理論、發(fā)現(xiàn)新的科學(xué)效應(yīng)和科學(xué)規(guī)律是基礎(chǔ)研究‘皇冠上的明珠’?！毖ζ淅ぴ菏拷邮懿稍L時表示，量子反?；魻栃?yīng)是一個基于全新物理原理的科學(xué)效應(yīng)，是新中國成立以來中國獨立觀測到的不多的科學(xué)效應(yīng)之一，是中國物理學(xué)工作者對人類科學(xué)知識寶庫的一個重要貢獻。

他認為，量子反?；魻栃?yīng)的發(fā)現(xiàn)是改革開放40年間中國在基礎(chǔ)研究上的一個重大成果，也標志著中國拓撲量子物理的實驗研究居世界領(lǐng)先地位。

據(jù)了解，通過實驗在真實材料中發(fā)現(xiàn)量子反?；魻栃?yīng)，長期以來一直是物理學(xué)家追求的目標。自1988年開始就不斷有理論物理學(xué)家提出各種方案，然而之前在實驗上沒有取得任何重要進展。因為反常霍爾效應(yīng)的量子化需要材料的性質(zhì)同時滿足三項非?？量痰臈l件：

一是材料的能帶結(jié)構(gòu)必須具有拓撲特性從而具有導(dǎo)電的一維邊緣態(tài)，即一維導(dǎo)電通道；二是材料必須具有長程鐵磁序從而存在反?；魻栃?yīng)；三是材料的體內(nèi)必須為絕緣態(tài)從而對導(dǎo)電沒有任何貢獻，只有一維邊緣態(tài)參與導(dǎo)電。在實際的材料中實現(xiàn)以上任何一點都具有相當大的難度，而要同時滿足這三點對實驗物理學(xué)家來講更是一個巨大的挑戰(zhàn)。

薛其坤研究團隊長期以來結(jié)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(shù)，在表面、界面、低維物理學(xué)領(lǐng)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(lǐng)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(xué)機制，利用分子束外延生長出國際最高質(zhì)量的樣品。

薛其坤教授團隊的“反常量子霍爾效應(yīng)”的實驗發(fā)現(xiàn)引發(fā)國際學(xué)術(shù)界高度關(guān)注，其研究成果論文很快被《科學(xué)》雜志接受發(fā)表，三名匿名審稿人一致給予高度評價。著名物理學(xué)家、諾貝爾獎得主楊振寧直言，這是第一次從中國實驗室里發(fā)表的諾貝爾獎級的物理學(xué)論文。

“量子反?；魻栃?yīng)”這項重大發(fā)現(xiàn)不僅是科學(xué)上的重要突破，研究成果應(yīng)用方面也具有意義深遠的影響，它將會推動新一代的低能耗晶體管和電子學(xué)器件的發(fā)展，可能加速推進信息技術(shù)革命的進程。

“量子反?；魻栃?yīng)”研究團隊在清華大學(xué)的實驗室得到國家強力支持，擁有的五套精密實驗系統(tǒng)基本上都是當前世界的最高水平，科研儀器不但能在材料的原子尺度上控制材料的生長，還可以在原子尺度上表征它的性能，從而把材料的量子特性以及物理、化學(xué)特性在控制方面達到一個前所未有的水平。

薛其坤教授指出，嚴謹高效的團隊合作、過硬的實驗技術(shù)，也使得中國科學(xué)家率先發(fā)現(xiàn)的量子反?；魻栃?yīng)經(jīng)受住了歷史的考驗，成果論文發(fā)表后，實驗結(jié)果已先后得到東京大學(xué)、麻省理工學(xué)院、斯坦福大學(xué)、普林斯頓大學(xué)等科學(xué)界同行的反復(fù)嚴格驗證。

他表示，“量子反?；魻栃?yīng)”研究團隊要以獲得國家自然科學(xué)獎一等獎為契機，繼續(xù)努力探索，爭取做出更多新的科學(xué)發(fā)現(xiàn)，推動成果應(yīng)用的發(fā)展，增強中國人的科學(xué)自信、文化自信，為中華民族真正走向世界科學(xué)的中央和站穩(wěn)中央、堅守中央作出貢獻。