2016年9月，解放日報·上觀新聞記者在上海科學會堂聆聽了美國科學院院士、中國科學院外籍院士張首晟做的報告，感覺他口才很好，講話語速很快，還挺帥氣，是一位既有才華又有能力的科學家。令人痛惜的是，這樣一位有望獲得諾貝爾物理獎的頂尖科學家，12月1日因抑鬱症意外離世，年僅55歲。
提出「電子高速公路」方案
張首晟對量子自旋霍爾效應、拓撲絕緣體進行了開創性研究，被認為是最有希望獲得諾貝爾物理獎的華人科學家之一。他在上海科學會堂的報告中預言，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。
摩爾定律指在價格不變情況下，集成電路上可容納的元器件數目和性能，每隔18—24個月會提高1倍。幾十年來，全球晶片研發一直遵循摩爾定律，但如今，這一定律即將走到盡頭。這是什麼原因？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。」循著這一思路，他帶領團隊深入研究量子霍爾效應、相對論，於2006年提出了「量子自旋霍爾效應」構想：電子自旋（好似自轉）軌道與其「公轉」軌道有神奇「接口」，利用這種特性，科技人員能夠讓晶片裡的電子在不同軌道上自旋，就像在不同車道上運行一樣。2007年，這一理論預言被德國維爾茨堡大學實驗小組證實。同年，量子自旋霍爾效應被《科學》雜誌評為2007年「全球十大重要科學突破」之一。
希望迎來拓撲絕緣體時代
在這一理論基礎上，張首晟帶領團隊預言了一系列名為「拓撲絕緣體」的新材料。「錫烯」是其中之一，堪稱「石墨烯的堂弟」，只有一個原子層，且有蜂窩狀結構，具有很好的應用前景。2015年，他與上海交通大學錢冬、賈金鋒合作，首次製備出烯錫，論文發表於《自然·材料學》。
張首晟認為，新材料對人類文明的進程有重大意義，石器時代、青銅器時代……人類的很多時代以材料命名。「我希望我們將迎來拓撲絕緣體時代，研製出半導體新材料、能源新材料，將它們投入實際應用。我們還有望利用拓撲絕緣體製造出量子計算機。」
談到成功經驗，他認為，「跨界」是實現原始創新的一大法寶。「我從小喜歡數學，後來對拓撲學產生興趣，在研究新材料時，就引入了這一數學概念。」他還指出，科學教育的第一要義是培養孩子的好奇心，唯有受好奇心驅動，一個人的學習效果才能達到最佳。張首晟兒子獲得奧林匹克物理競賽金牌，正是得益於這種家庭教育。
為何與諾貝爾獎失之交臂
2016年10月，諾獎評審委員會將物理學獎授予戴維·索利斯、鄧肯·霍爾丹和麥可·科斯特利茨。三位獲獎者從事的研究領域與張首晟一樣，都是凝聚態物理。
諾獎評審委員會為何選擇了這三位七八十歲的英美老科學家，而不是多年「陪跑」諾獎的張首晟呢？上海交通大學物理與天文系教授王孝群分析說，近年來，拓撲絕緣體、外爾半金屬成為凝聚態物理學研究的熱點，張首晟在拓撲絕緣體領域做出了開創性工作，而且這類「超級材料」有很大的潛在應用價值，所以成為諾貝爾物理學獎的熱門人選。然而，當諾獎評委們考慮拓撲絕緣體時，必然會追根溯源，想到多年前在這一領域做出奠基性工作的科學家。「他們會自然而然地想到索利斯、霍爾丹和科斯特利茨，因為在上世紀70—80年代，他們第一次把拓撲學原理引入了凝聚態物理，用這種美妙的幾何學描述物質的相變。」
王孝群認為，把大獎授予這三位科學家，是物理學界可以普遍接受的。而如果授予張首晟，肯定會有很多科學家提出：為何忽略了這三人的早期工作？「當然，這並不意味著張首晟就此與諾獎無緣，因為他在拓撲絕緣體、量子自旋霍爾效應方面，做出的也是開創性工作。」
可惜的是，已不幸逝世的這位華人科學家再也無法摘得諾獎了。