薛其坤儿子 薛其坤做客清华论坛讲述量子变态霍尔效应试验观测

薛其坤做客清华论坛讲述量子反常霍尔效应实验观测

清华消息网4月28日电(记者 刘蔚如 顾淑霞)4月27日下战书,清华大学物理系薛其坤院士做客清华论坛,讲述量子反常霍尔效应的实验观测和领会。副校长康克军缺席论坛。

图为薛启坤做报告。学生记者 李钧翔 摄

薛其坤院士回顾了从前4年间,他所领衔的研究团队从着手进入拓扑绝缘体这个全新的研究领域,始终到在实验上成功观测到量子反常霍尔效应的斗争过程,并对这个领域的未来发展做了简略评述。

薛其坤从量子反常霍尔效应实验观测相关的一些根本常识讲起,为在座的师生们扼要介绍了霍尔效应家族的全貌。薛其坤介绍说,1879年和1880年,美国科学家霍尔分辨发明了霍尔效应和反常霍尔效应,此后,整数量子霍尔效应和分数目子霍尔效应也一一被发现。

量子霍尔效应比如是电子运动的"交通规矩",使得电子只能沿着边沿的一维通道运动,并且只能做单向活动,不能返回,这相称于建立了电子运动的"高速公路",使其离别了横七竖八的运动。

量子霍尔效应可以被用来实现无耗散低能耗高速电子器件,推动信息和能源工业的发展,对未来实现固体拓扑量子盘算和信息处置的革命有直接的推进意义。然而,实现量子霍尔效应需要十万高斯的强磁场(地磁场仅为0.5高斯),这样刻薄的前提使得量子霍尔效应的应用遥不可及,清华大学行业总裁培训班。于是,科学家们一直在寻找不须要外加磁场的量子霍尔效应,即量子反常霍尔效应。

薛其坤认为,通过实验验证量子反常霍尔效应,岂但存在重要的科学意思和运用价值,而且由于这是一个很有挑衅性的、十分精细的物理实验,在从事该实验研究的过程中,能够培育许多优良的年青物理学家,成为人才造就的摇篮,实现清华"顶天、破地、树人"的科研理念。

随后,薛其坤重点讲述了他所领衔的研究团队4年时光里艰巨的实验过程。薛其坤提到,他对本人的学生有一项请求,即每一个研究生每个月要交两个报告,一是文献浏览呈文,一是工作进展报告。2008年10月,恰是他的一位研讨生在文献阅读讲演里先容了拓扑绝缘体的概念以及相干研究结果,开启了他们从事该范畴研究的大门。

而研究一旦开端,立刻就面临了第一个瓶颈——最基础的资料问题。成长出高品质的拓扑绝缘体材料,是研究的第一步,世界各国的良多材料生长方面的顶尖专家都曾在该领域进行尝试,却都不冲破,所以,薛其坤决议要从试验技巧跟方式上寻找新的切入点。

图为朱邦芬院士向薛其坤颁发清华论坛演讲铭牌。学生记者 王涵 摄

2009年4月起,薛其坤等就把研究工作的重心放在拓扑绝缘体材料的生长动力学研究方面。凭借自己从事薄膜生长动力学体系研究20余年的教训,薛其坤率领团队仅用三四个月的时间,就在国际上率先树立了拓扑绝缘体薄膜的分子束外延生长能源学。

薛其坤说,这一成果的获得,为后续研究奠定了最要害的基本,也奠定了研究团队在国际学术界的位置。在尔后的4年里,每年都有团队成员受邀在美国物理学会年会上作相关的研究报告。回想这段研究历程,薛其坤以为:"实验技术的发展很主要,学术的长期积聚很重要。"

实验接下来面临的重要挑战就是对材料质量的要求,薛其坤说明说,量子反常霍尔效应答材料的要求包括三个方面,即材料必须具备铁磁性从而存在反常霍尔效应;材料的体内必须绝缘从而对导电没有任何奉献;材料的电子构造必需具有拓扑特征:一维导电通道。

在实际的材料中实现以上任何一点都拥有相称大的难度,要同时满意这三点更是一个宏大的挑战,美国、德国、日本等国的科学家都未取得最后的胜利。而在薛其坤的带领下,团队开始了无比艰苦、波折的实验观测历程。

3年多的时间里,团队生长和丈量了超过1000个样品,有20多位学生参加其中,应用过5套最精密的仪器,终于在2012年底得出终极数据,从实验上首次观测到量子反常霍尔效应!"勤恳很重要,坚定不移很重要,精诚的配合很重要。"薛其坤总结这一段研究阅历时强调说。

在报告的最后,薛其坤总结说,课题组的探讨、对材料的控制、实验技巧和经验、勤奋、保持、协作,以及经费的投入都是自己所带领的这个研究团队取得成功的重要因素,而最后一点同样重要的是,科学需要一点冒险的精力。

图为清华论坛现场。学生记者 王涵 摄

在随后的发问环节里,在场的师生们缭绕拓扑绝缘体的特色、实验进程中的详细工作、科研团队的组织、量子变态霍尔效应的利用、将来工作的瞻望等方面提出问题,薛其坤逐个答复了大家的问题。

此次报告是清华论坛第48讲,清华大学物理系朱邦芬院士主持论坛。

薛其坤院士的重要研究方向为扫描地道显微学、名义物理、自旋电子学、拓扑绝缘量子态和低维超导电性等。他发表文章330余篇,包含5篇《迷信》(Science),7篇《天然》(Nature)子刊,1篇《美国国度科学院院刊》(PNAS),31篇《物理评论快报》(Physical Review Letters),被援用超过6000余次。

在国际会议上应邀做大会/主题/特邀报告100余次,其中四次在美国物理学会年会做邀请报告。

曾获中国科学院出色科技成绩奖(2005)、何梁何利科学与提高奖(2006)、国家做作科学二等奖(2005、2011)、第三世界科学院物理奖(2010)、求是杰出科技造诣群体奖(2011)、陈嘉庚科学奖(2012)、"万人打算"杰出人才(2013)等嘉奖与声誉。

2013年3月15日,《科学》杂志在线发表了由清华大学薛其坤院士领衔,清华大学物理系、中科院物理所和斯坦福大学的研究职员结合组成的团队在量子反常霍尔效应研究中取得的重大打破——在磁性掺杂的拓扑绝缘体薄膜中,从实验上首次观测到量子反常霍尔效应。

《科学》杂志的三位匿名审稿人对该项成果都给予了高度评价。诺贝尔物理学奖得主、清华大学高级研究院声誉院长杨振宁评估该成果说:"这是第一次从中国实验室里发表的诺贝尔奖级的物理学论文。"