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薛其坤:科学魅力在于好奇心的满足和思想的自

发布时间:2018/08/23 点击量:

  “量子霍尔效应”方面,我们做出了不需要磁场的“量子反常霍尔效应”,第一个很明确的应用就是集成电路,量子霍尔效应可以帮助集成电路上可以基本解决发热问题。如果能降低材料价格、提高量子反常霍尔效应的实现温度,就可以做出特殊的不发热的计算机芯片,会有效解决芯片发热、耗能和老化的问题;第二,我们每次开计算机的时候,所有的程序要重新启动,如果我们用量子反常霍尔效应做出磁存储芯片的话,那么它关机以后原来的状态会保留,不需要我们再每次开机的时候启动程序。所以,新型的磁存储器,甚至随机存储器,是量子反常霍尔效应可能第二个应用,这实际上也是计算机芯片的一部分。这是量子反常霍尔效应目前比较明确的两个应用方向,拓扑量子计算机目前来看还比较远,我们正在研究。在高温超导方面,第一个明确的应用是有效降低普通电器件的耗能。由于欧姆定律的

  学领域是诺贝尔物理学奖的高产领域,2016年的普林斯顿大学教授邓肯·霍尔丹,1998年的华人科学家崔琦(量子霍尔效应发现者),以及更早的普朗克,爱因斯坦,波尔,海森堡,薛定谔…量子和材料科学领域几乎每隔几年就会有诺奖诞生,薛其坤未来能否凭借“量子反常霍尔效应”的发现和应用价值获得诺奖?对于这个问题,薛其坤变得淡然,他认为一个科学家应该持有的正确态度是追求对知识、对科学的崇拜而不是奖项。虽然在名利面前有所淡然,但薛其坤在其发现的应用前景方面却十分自信和兴奋,他认为欧姆定律在量子世界中可以被完全违反,“量子霍尔效应”可以解决集成电路发热的问题,可以直接指导“磁存储芯片”的研发,而他在高温超方面的突破则有利于降低普通电器件和特殊装备如磁共振成像设备的耗能。毫无疑问,薛其坤和他的斯坦福大学朋友张首晟(同样在材料和量子自旋霍尔效应领域有所开创)一样,极具冲击诺贝尔物理学奖的能量。科学

  的霍尔电阻的变化现象。量子霍耳效应的实质是在强磁场中电子的运动形态发生变化,由具有一定速度的直线运动变为在垂直磁场平面中的圆周运动,与之相应电子能谱发生改组:由自由运动的准连续谱变为反映圆周运动的朗道能级En=(n+1/2)ωc,式中ωc=eB/(m*c)是圆周运动的角频率,其中m*为电子的有效质量,n=0,1,2,… 因此能级间距大小由磁场决定,当电子气正好填满i个朗道能级时,霍耳电阻RH=h/ie2。4、高温超导:1902年,开尔文认为随着温度的降低,电子将凝结在金属原子上,使金属的电阻变得无限大。随后昂内斯认为电阻先随温度降低到一个极小值,然后开始加大,并会在绝对零度时变为无穷大。但实际试验时,科学家却发现当温度降温到一定程度,金属的电阻会突然消失变为0这种现象就是超导现象。由于临界温度的不断提高,人们将这些材料称为高温超导体。

  汉族,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。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等。

  “导体”和“绝缘体”两大类;而更进一步,根据电子态的拓扑性质的不同,“绝缘体”和“导体”还可以进行更细致的划分。拓扑绝缘体就是根据这样的新标准而划分的区别于其他普通绝缘体的一类绝缘体。拓扑绝缘体的体内与人们通常认识的绝缘体一样,是绝缘的,但是在它的边界或表面总是存在导电的边缘态,这是它有别于普通绝缘体的最独特的性质。这样的导电边缘态在保证一定对称性(比如时间反演对称性)的前提下是稳定存在的,而且不同自旋的导电电子的运动方向是相反的,所以信息的传递可以通过电子的自旋,而不像传统材料通过电荷来传递。7

  在同一电路中,通过某段导体的电流跟这段导体两端的电压成正比,跟这段导体的电阻成反比。该定律是由德国物理学家乔治

  是做科研的兴趣,还是科研取得收获时的喜悦,这是兴趣主义者和功利主义者最先给出的答案,而在薛其坤看来,对科学好奇心、在思想和科研方向上的自由是他扎根实验物理几十年如一日的最大原动力。他认为科学不是不能“功利”,但需要更苛刻的“金刚钻”,对研究方向的理论基础和实际技巧积累则是实验物理学取得突破的关键。

  80年代,我们经历过生活的剧变,所以我们对现在的待遇我们应该是满意的。但是对年轻人来讲,要想把最优秀的智慧最高、而且能力最强的人,把他用在刀刃上需要一种激励,现在待遇还需要进一步的提高,尤其下一代的年轻人。科学几乎是人类在奋斗中竞争最激烈最难的领域,如果不把最优秀的人放在哪里去是不行的,以后像这种科学大奖一样,本身这个奖只能奖有限的一部分人,更重要的作用叫大家树立这种热爱科学,科学研究是有尊严的,应该得到社会的回报这样一种精神,它的意义就在这个地方。总而言之用一种方法鼓励一些优秀年轻人战斗在科学的第一线,做出原创性的成果,为未来技术的变革,为未来社会和经济的发展进步作贡献,是需要这种导向的。

  团队被认为是未来中国冲击“诺贝尔奖物理学奖”的大热门,您如何看待这个歌问题?薛其坤:作为一个科学家,我和我的团队要把研究做到世界最好的水平,在基础研究领域继续寻找新的科学问题,我们不去刻意追求拿这样一个奖,这是我们应该持有的态度,也是我们自己现在持有的态度。另一方面,诺奖因为评奖完全靠一个委员会,有时候还带着一些很多别的色彩,中国

  所以需要统筹布局,有些是短期的,有些是针对长远的,不如基础研究。这应该是一个非常有机的、协同的体系,既考虑到现状,也要考虑到未来。(完)

  ,全球性的相关调查表明,这种情况不仅在中国,全世界范围内也较为普遍。幸运飞艇计划:科研创新大自然家居压干法只是,在收入分配不合理和贫富差距过大的中国,这种人群收入的对比显得更加的突兀和尖锐。这带来的,不仅是人心对社会“公平性”与“合理性”的怀疑,也在客观上导致了中国优秀基础科研人才的外流。对面这个问题,薛其坤保持了一个实验物理学家的客观性和六十年代走过来之人自然拥有的辩证思维。在薛其坤看来,科研工作者在全社会中收入分配不合理的问题确实存在,但不应抱怨,需要国家和全社会客观面对,一起努力解决问题。作为师者,薛其坤更担忧这种情况导致的人才流失和不足。如何吸引更多优秀的青年从事基础科学研究,薛其坤认为需要先要解决待遇问题,国家和全社会一起用市场方式建立一个有机、协同的体系来留住人才,用好人才。以下为薛其坤教授采访全文:一、

  薛其坤:科学和创新力还是有比较大的区别,创新包含着范围更广一些,科学就是对自然界基本规律的一些认识,创新力可以体现在科学上,也可以体现在生产力上,甚至做饭上。科学关于自然界创新规律一种东西,创新是一种活动中的一种东西,体现在人类活动中的一种能力,边学边悟边实践 戮力同心提升攻坚克难的它两个内涵是完全不一样。

  作为一个实验物理学家,首选要了解哲学,要学会判断一个科学问题究竟是重要还是不重要,然后再去选择要研究的方向和课题。另一方面,实验技术需要长期磨炼,练成这个领域的专家,甚至达到“工匠”级别的水平。等知识背景和实验技能都具备时,再加上对科学问题判断能力,当出现机遇的时候,你就会做出正确的选择和判断,

  对不同年龄段的人群来讲,您觉得科学魅力在哪里?薛其坤:科学的魅力可以简单比喻为满足人的好奇心。这种满足好奇心的魅力,不仅会吸引小孩子和年轻人,也包括成年人。科学家每天都觉得很有意思,每天都拥有着像小孩一样的好奇心。你几乎每天都能看到新东西,每过一段时间就会出现一个谜团,让你琢磨不清,经过长时间的努力弄清楚它了,这会让你感到非常幸福。就像打游戏,每过一关或者升级时带来的那种成就感,我们科学家常常能享受到,很多其他工作都没有像我们这样的收获和回报。这种快乐,有时候只能意会不能言传,我天天在办公室待着看数据都很高兴,因为每天都会看到新东西:这条图线为什么拐这个弯?研究一下,最后经过思考,设计出巧妙的实验解决了这个问题,结果非常圆满,这样的生活太有意思了。另一方面,科学的魅力也在于思想和决策的自由。在研究方向的选择上,科学家很少受别人控制,思想是自由的。从选题上,可以说你想做什么就可以做什么。

  1963年12月出生于山东省临沂市,材料物理专家,中国科学院院士,清华大学教授,清华大学副校长。主要研究方向为扫描隧道显微学、表面物理、自旋电子学、拓扑绝缘量子态和低维超导电性等。因“量子反常霍尔效应”的进一步发现研究成果于2016年9月,获得未来科学大奖“物质科学奖”,奖金100万美金。3、量子霍尔效应:量子

  F. Duncan M. Haldane):英国人,因发现物质的拓扑相变和拓扑相获得2016年诺贝尔物理学奖,目前为美国普林斯顿大学物理学教授,理论物理学家,英国皇家学会会员,在凝聚态物理理论做出基础性贡献,包括分数量子霍尔效应。

  “未来科学大奖”我觉得是中国人的自信。我们以前觉得拿了诺贝尔奖是成功的标志,现在我们也有一套自己的客观评价体系。国家强大起来,我们更应该追求对知识、对科学的崇拜,而不是奖项,这是一个科学家应该持有的正确态度。三

  领域研究中掌握的知识、工具,积累实验技术,都是今天做出这些发现的基础。回忆多年的科研之路,我认为作为一名学科研究者要有很好的科学知识基础,在理论上深刻理解所在领域,当新的材料和应用出现的时候,就能很自然就能去理解它,这个背景很重要;另一方面,研究半导体的经历帮助我实现了实验技术的积累。在实验物理学领域要有金刚钻,而且这个金刚钻要和别人不一样,要有特色,能看到别人看不到的东西。过去20多年里的研究里,我们的实验水平一直在提高,而且有自己的特色,所以当一个新的领域、新的材料和新的科学问题出现时,我们才有优势的条件去做这件事。二

  ,如果能把高温超导材料的超导临界温度提高到液氮温度以上,就可以解决发热问题,大大节省电器件的耗能;高温超导的第二个应用方向是做磁共振成像,包括像雷达等等。这主要取决于材料的超导转变温度能达到多高,如果能达到液氮温度以上,那么雷达、电子器件的互联,包括医院里的磁共振成像设备,都可以在液氮冷却的情况下实现应用。除此之外,随着我们基础研究的深入,我们对材料的超导特性或其他特性的测量结果更加明确以后,或许还会开拓新的应用。

  我在上面回答的,但实际上科学家做出来的基础研究,在将来哪一天可能会忽然变成我们都想不到的应用,给我们人类、社会提供新的技术,这也是。我上面提到的这些应用,都是大家现在能想象得

  您有什么感受?对您的科研工作和个人生活会有哪些影响?薛其坤:“未来科学大奖”的奖金数额很大,对我个人生活会改善,感激捐赠人,我以后可以买自己想穿的衣服,生活会更宽裕一些。同时,这是对我科研工作很大的鼓励,我相信会进一步激发我和我的科研团队在基础研究领域的坚持和热情,这不仅是我,也是一个团队的成就,我会根据每个人的贡献分配,这是对他们工作的肯定和回报,也是一个鼓励。

  ,但还会有其它的应用场景,我们的基础科研还会开拓新的应用。基础科研的价值和魅力在于,解决基本共性(原理性)问题,那么在应用方向就会有无限的可能性,这种空间很难用现在现有的存在和场景去框它、限制它,有些应用是我们很难想象得到的。网易科技

  薛其坤:现在我们国家已经采取了一些有利的措施,比如说这种一系列人才计划,实际上从一种机制上在引导有更多的人去做这种学术研究,去做这种科学研究,万人计划、千人计划,各个大学有各种各样的计划和机制,各个省和地方上都有这种机制,用年薪制或者有一定的补贴,这是一种重要的引导作用,如果不是国家去引导,企业来讲他是讲究企业生存和发展,它不会考虑那么长远。

  就我个人来说,打好基本功,积累经验,随着年龄的增长对整个领域的把握能力变强,这个时候在别人的基础上我会有新的发现。我在第二个超导部分,就是我自己提出来的想法,这应该说是瓜熟蒂落的过程。根本的科学研究规律需要掌握,一个成熟科学家基本的素质需要有。

  经过长期的实验和总结在全世界范围内首次发现量子反常霍尔效应和在钛酸锶衬底上的单层铁硒高温超导现象,欧姆定律在材料中的普适性从此被逆转,从而带来巨大的节能和半导体应用前景,超低能耗的电子元件生产变得可能。2014年10月29日

  您因发现“量子反常霍尔效应”获得了2016年“未来科学大奖”,您的同行邓肯·霍尔丹(F. Duncan M. Haldane)因为物质拓扑相变和拓扑相的理论发现获得了2016年“诺贝尔物理学奖”,实际上您在量子反常霍尔效应上的工作为他的理论提供了实验依据。为什么会选择“量子反常霍尔效应”这个方向来研究?当初是如何判断这个方向的前景的?薛其坤:2005年左右,国际上兴起了关于拓扑绝缘体(Topological insulator,一种特殊的绝缘体材料)的研究,由于这个材料体系比较适合我们,所以自然认为这是我们的一次机遇。后来张首晟(华裔,斯坦福大学物理系教授, 2016年诺贝尔物理学奖热门候选人)基于这种新材料提出了量子反常霍尔效应的理论。一次偶然的机遇,我们走到了一起,量子反常霍尔效应成为我的研究组的研究目标之一。

  2016年,是中国大陆第一个由科学家、企业家群体共同发起的民间科学奖项。目前设置“生命科学”和“物质科学”两大奖项,单项奖金100万美元。未来科学大奖关注原创性的基础科学研究,奖励为大中华区科学发展做出杰出科技成果的科学家(不限国籍)。奖项以定向邀约方式提名,并由优秀科学家组成科学委员会专业评审。2016年9月19日,未来科学大奖获奖名单正式揭晓,香港中文大学卢煜明教授、清华大学薛其坤教授分别荣获“生命科学奖”和“物质科学奖”2、薛其坤: