張首晟:「拓撲絕緣體」讓電腦運算加速

張首晟:拓撲絕緣體讓電腦運算加速

四位華裔科學家張首晟、楊培東、鄧青雲、錢澤南成奪獎熱門人選。　　根據湯森路透的預測，2014預測名單包含來自9個不同國家、27個不同學術和研究組織的27位研究人員，並首次同時出現四位華裔科學家。因已成功預測了35位諾貝爾獎得主，湯森路透的「引文桂冠獎」頗受關注。上年更是成功預測了11位諾獎得主中的8位。

拓撲絕緣體簡介

三位科學家戴維·索利斯、鄧肯·霍爾丹、麥可·科斯特利茨，因為「理論發現拓撲相變和拓撲相物質」獲獎。本刊在2012年發表了清華大學物理系呂衍鳳、陳曦、薛其坤的撰文《拓撲絕緣體簡介》，現整理出來以微信版（略去了參考文獻）再現讀者。

祁曉亮: 我的拓撲絕緣體之路

受到跟吳老師的討論的啟發，我對自旋電子學產生了興趣，並且學習了張首晟教授關於自旋電子學的論文。從這篇論文開始，我開始在張首晟老師的指導下，一步步走入拓撲絕緣體這個全新的領域。在這個領域中，拓撲學和簡單的絕緣體物理的結合即將帶來許多奇妙的新發現。

拓撲絕緣體實驗研究取得新進展

原位角分辨光電子能譜測量顯示，這些薄膜具有本徵的絕緣體特徵。三維拓撲絕緣體的量子薄膜的實現為理論預言的量子反常霍爾效應、巨大熱電效應、激子凝聚等新奇量子現象的研究提供了基礎，是在拓撲絕緣體材料製備方面的一個重要進展。

中科院外籍院士:新材料拓撲絕緣體將進入應用階段

圖說：新材料拓撲絕緣體將進入應用階段。網絡圖【新民晚報·新民網】主宰電子信息產業飛速發展幾十年的摩爾定律會失效嗎？昨天下午，市科協第十四屆學術年會暨第十一屆上海工程師論壇上，史丹福大學終身教授、美國科學院院士、中科院外籍院士張首晟在報告中預言，擁有「電子高速公路」的拓撲絕緣體將進入應用階段，為人類帶來新的半導體材料、能源材料，解決摩爾定律即將失效的難題。

新拓撲絕緣體有可預測的最大能隙

原標題：新拓撲絕緣體有可預測的最大能隙美國猶他大學的研究人員創建出一種新的拓撲絕緣體，其可作為矽半導體頂部金屬層的特殊材料，將使超高速計算機在室溫下執行快速運算成為可能。該項研究成果刊登在近日美國《國家科學院學報》上。

拓撲絕緣體材料突破登上《自然》

他們發明了一種全新材料，既具有強相關性電子相互作用，同時還具有拓撲特性的材料。這意味著，科學家們探索物理世界有了新平臺，更重要的是，他們為更穩定的量子計算鋪平了道路。這項研究和拓撲絕緣體有關，發表在了《自然》的子刊《自然-物理學》上。簡單科普一下拓撲絕緣體的概念。首先，拓撲本身是個數學概念，它研究的是「不連續」的特徵。

華人物理學家張首晟:提出「拓撲絕緣體」概念,生前與抑鬱作鬥爭

本文約3500字預計閱讀時間9分鐘物理學界之外的人對張首晟不夠熟悉，但美劇《生活大爆炸》的觀眾可能聽說過他的理論，有一集，劇中的物理學天才「謝耳朵」講課時，專門提到了「拓撲絕緣體」，這是張首晟課題組提出的概念。屏幕截圖張首晟自20世紀90年代以來一直擔任史丹福大學物理系教授。

華人科學家張首晟,再也無法獲得諾獎的遺憾……

張首晟告訴聽眾：「電子在晶片裡的運動，就像一輛輛跑車在集市裡行駛，不斷地碰撞，產生熱量。你們把筆記本電腦放在腿上，時間一長就感覺很燙。正是電子間碰撞產生的熱量，導致摩爾定律將失效。」怎樣才能讓「電子跑車」不相互碰撞？張首晟提出了「電子高速公路」方案，讓電子在一條條「單向車道」上運行，不就相安無事了嗎？「你們看，基礎研究的很多想法看似簡單，但往往能從根本上解決問題。」

拓撲絕緣體、量子自旋霍爾效應、天使粒子和量子計算機,張首晟科普經典等及簡歷(公號回復「張首晟」下載PDF資料,歡迎轉發讚賞支持)

拓撲絕緣體、量子自旋霍爾效應、天使粒子和量子計算機，張首晟科普經典等及簡歷(27978字)目錄A從拓撲絕緣體、量子自旋霍爾效應到發現「天使粒子」(9467字)1.天才之路，從閣樓的孤獨到科學的輝煌2.拓撲超導體在自然界中不存在，這就是一個很大的問題。有一個理論預言，如果把拓撲絕緣體和超導體放在一起，他們倆就可以再組合成拓撲超導體。如果我們把拓撲絕緣體和超導體組合在一起，通過一種巧妙的方式把它組合起來，組合出這種拓撲超導體，就可以幫助我們尋找馬約拉納費米子了。

找到拓撲絕緣體的人走了,為我們在巨大未知中留下一束光

，他將做出自己學術生涯中最重要的發現：找到拓撲絕緣體。也許有人還記得2010年《生活大爆炸》裡謝爾頓為了炫耀學識而提到過「拓撲絕緣體」。片中一帶而過的名詞，在物理學屬於一個重要領域：如何使用拓撲學的數學工具來理解特殊場景下的物理世界。這個領域最初的開創者戴維·索利斯等人獲得了2016年的諾貝爾物理學獎，眾多物理學家認為張首晟雖是後來者，但做出的貢獻也足以得獎。

張首晟的驕傲

在張首晟看來，霍金最大的貢獻是用黑洞熵公式統一了宇宙三個基本常數：牛頓萬有引力的G，量子力學的普朗克常數h和愛因斯坦相對論的光速c。張首晟自己同樣對物理學貢獻頗多，除了拓撲絕緣體，量子自旋霍爾效應、天使粒子的研究令其在全球科學家享有盛名。

取出拓撲絕緣體表面態

拓撲絕緣體輸運毫無疑問，要說凝聚態物理過去十年最重要的物理發現是什麼，拓撲絕緣體(topological insulator, TI )一定排列前三位。我們總是能夠回憶起過去若干年張首晟老師在很多場合那激情洋溢的演講，告訴我們 TIs 在物理上是多麼有趣、應用上是多麼可期。

三維光學拓撲絕緣體:讓一束光跑出「Z」形彎道

著名科學家張首晟在向公眾介紹拓撲絕緣體時，曾以「高速公路」作比喻：電子在晶片裡的運動，就像一輛輛跑車在集市裡行駛，不斷地碰撞，產生熱量。而拓撲絕緣體好似為電子建立了高速公路，讓電子在一條條「單向車道」上運行。　　電子的「高速公路」，光子能跑嗎？

清華大學物理系研究團隊發現內稟磁性拓撲絕緣體

拓撲絕緣體是一類由時間反演對稱性保護的拓撲物態，因此是非磁性的。有意思的是，人們在拓撲絕緣體中期待的新奇量子效應之中的相當一部分需要引入磁有序破壞其時間反演對稱性才能出現。一個典型的例子就是量子反常霍爾效應——一種無需外加磁場就可出現的量子霍爾效應，這種效應即是通過在拓撲絕緣體中摻雜磁性元素引入磁有序而首次實驗實現的。然而通過磁性摻雜在拓撲絕緣體中引入磁有序並非一個理想的方法。

拓撲激子絕緣體相研究獲進展

> 上世紀60年代，諾貝爾獎獲得者Mott提出激子絕緣相，Mott提出考慮庫侖屏蔽效應，在半金屬體系中電子-空穴配對而形成激子，可能會導致體系失穩，從而在半金屬費米面處打開能隙，形成激子絕緣體狀態

楊振寧弟子張首晟:發現「天使粒子」證明2=0

直到2006年，他在理論上預言了拓撲絕緣體，研究成果才為學界廣泛關注。　　這正是美劇《生活大爆炸》中謝爾頓博士炫耀的前沿研究。而張首晟發現拓撲絕緣體的靈感過程卻是在一次聚會烤肉中得來的。　　「吱吱的聲音炸響，烤肉的最高境界是外熟裡生。我一下子想到，有種材料是裡面絕緣，外面導電的。」長期觀察生活和自然的習慣為他帶來了「阿基米德時刻」。

張首晟的研究到底和晶片有沒有關係?

來源：科技日報記者：張蓋倫6日，華裔物理學家張首晟教授家人發表聲明，在與抑鬱症頑強對抗後，張首晟於1日意外離世。幾乎所有人都感到震驚，於是「陰謀論」再度甚囂塵上。張首晟資料圖張首晟的兩大主要貢獻，一為發現量子自旋霍爾效應，二為提出拓撲絕緣體理論。這兩者和信息技術產業是有關係的。張首晟曾經打過一個比方：電子在晶片裡的運動，仿佛一輛輛跑車在集市行駛。

張首晟的資本往事

張首晟帶到現場的科學前沿獎指的是，他在2013年3月因對拓撲絕緣體的理論預測和實驗證明獲得的尤裡基礎物理學獎前沿獎。張首晟是最早研究拓撲絕緣體理論的科學家之一，很多人知曉這個聽起來有些過於學術的概念是來自於美劇《生活大爆炸》。劇中的物理學天才謝耳朵，在一次課堂上問學生：「誰知道什麼是拓撲絕緣體?」

2019年將迎拓撲材料「寒武紀」?Nature三連發,中國「承包」兩篇

圖丨中科院翁紅明、方辰（來源：中科院）如此我們可以期待，2019年，曾屢次受諾貝爾獎青睞的拓撲物理學可能迎來它的「寒武紀」——拓撲材料物種大爆發之年。這樣的大爆發，有望加速拓撲材料在新型電子器件、超導體以及量子計算機研發中得到應用。