2018年12月1日,，物理學(xué)家張首晟去世了,。楊振寧曾說，“他獲得諾貝爾獎(jiǎng)只是時(shí)間問題,?！?br>

張首晟教授 | 斯坦福大學(xué)官網(wǎng)

在1978年剛剛恢復(fù)高考的時(shí)候，張首晟老師以15歲的年齡考入了復(fù)旦大學(xué)物理系,，可謂少年天才,。在復(fù)旦大學(xué)學(xué)習(xí)兩年之后，就被選派到德國(guó)留學(xué),，1983年從柏林自由大學(xué)畢業(yè)后,，到了美國(guó)紐約石溪大學(xué)的“楊振寧理論物理研究所”攻讀博士學(xué)位。所以張首晟出國(guó)很早,，沒有參加后來李政道先生發(fā)起的CUSPEA項(xiàng)目,。盡管張首晟博士期間名義上的導(dǎo)師是荷蘭人Peter van Nieuwenhuizen,，但他是向往著楊振寧而去的紐約并且多次接受過他的指導(dǎo),，所以楊振寧先生一直把張首晟當(dāng)成自己的學(xué)生，而且是自己的學(xué)生中最出色的,，沒有之一,。

張首晟于1987年拿到博士學(xué)位，之后的學(xué)術(shù)生涯一帆風(fēng)順,，在加州大學(xué)圣芭芭拉分校理論物理研究所和IBM研究中心做了兩期博士后以后,，1993年成為斯坦福大學(xué)的助理教授，2004年正式稱為斯坦福大學(xué)終身正教授,。這期間他最著名的成果是高溫超導(dǎo)的SO(5)對(duì)稱性理論,。

斯坦福大學(xué)外景 | King of Hearts / Wikimedia Commons

張首晟老師的研究領(lǐng)域是理論凝聚態(tài)物理。凝聚態(tài)物理學(xué)是現(xiàn)代物理學(xué)最大的分支,，占了物理從業(yè)人數(shù)的半壁江山（在中國(guó)甚至是大半壁江山）,。凝聚態(tài)物理學(xué)以量子力學(xué)為基本原理,，研究固體、液體等由原子緊密聚集而成的狀態(tài)（稱為“相”）,，以及狀態(tài)之間的相變,，其核心內(nèi)容是研究電子在各種由原子組成的周期勢(shì)阱（晶格）中產(chǎn)生的量子效應(yīng)。

凝聚態(tài)物理學(xué)在20世紀(jì)下半葉蓬勃發(fā)展,，產(chǎn)生了4大熱點(diǎn),，分別是半導(dǎo)體、超流,、高溫超導(dǎo)（銅基超導(dǎo)）,、量子霍爾效應(yīng)（包括整數(shù)的和分?jǐn)?shù)的），其中半導(dǎo)體的研究導(dǎo)致了晶體管和集成電路的發(fā)明,，為我們帶來了電子計(jì)算機(jī)并催生了人類第三次科技革命（即信息革命）,。到了21世紀(jì)，凝聚態(tài)物理學(xué)又產(chǎn)生了兩大熱點(diǎn),，一個(gè)是鐵基超導(dǎo),，另一個(gè)是拓?fù)浣^緣體，而張首晟領(lǐng)導(dǎo)的團(tuán)隊(duì)就是理論預(yù)言出拓?fù)浣^緣體和其量子自旋霍爾效應(yīng)的兩個(gè)小組之一,，并且和德國(guó)的實(shí)驗(yàn)團(tuán)隊(duì)合作第一次觀察到了這個(gè)效應(yīng)[1],。

拓?fù)浣^緣體中的“拓?fù)洹保傅氖请娮幽軒У牟ê瘮?shù)在動(dòng)量空間的拓?fù)湫再|(zhì),，當(dāng)這個(gè)拓?fù)湫再|(zhì)處于一個(gè)特殊狀態(tài)時(shí),，能夠讓一個(gè)絕緣體的邊界出現(xiàn)導(dǎo)電狀態(tài)，并且可以產(chǎn)生量子自旋霍爾效應(yīng),。所以拓?fù)浣^緣體和量子自旋霍爾效應(yīng)其實(shí)是一個(gè)大成果,，也是張首晟最重要學(xué)術(shù)成果。也正是因?yàn)檫@個(gè)成果,，張首晟成為了這一代華人物理學(xué)家中離諾貝爾獎(jiǎng)最近的一位,。當(dāng)然由于Charles Kane和Eugene Mele做出這方面的理論預(yù)言要更早一年[2]，張首晟的順位排在了二人之后[3],。因?yàn)檫@項(xiàng)工作,，張首晟、Kane和Mele一起幾乎拿遍了除諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)之外的各種理論物理獎(jiǎng),。

2015年,，張首晟與Kane、Mele一起獲得本杰明·富蘭克林獎(jiǎng)?wù)?| The Franklin Institute

“天使粒子”是張首晟團(tuán)隊(duì)的另一個(gè)發(fā)現(xiàn),，但只能屈居第二,，因?yàn)樗墙⒃诎l(fā)現(xiàn)拓?fù)浣^緣體的基礎(chǔ)上的。所謂天使粒子并不是簡(jiǎn)單地指Majorana費(fèi)米子，而是特指手征性的Majorana費(fèi)米子,，是一種只有在凝聚態(tài)體系中才能演生出來的準(zhǔn)粒子（手征性由粒子的自旋決定,，比如電子自旋有兩個(gè)分量，一個(gè)左旋,，一個(gè)右旋,，左和右就是手征性）。Majorana費(fèi)米子的定義是其反粒子就是自身的費(fèi)米子,，基本粒子中只有中微子有可能是Majorana費(fèi)米子,。但是在拓?fù)浣^緣體和超導(dǎo)體接觸的表面，電子的運(yùn)動(dòng)模式可以演生出一種只有一半自由度的Majorana費(fèi)米子準(zhǔn)粒子,，即它的手征性只有右手,，沒有左手，就像天使和魔鬼的對(duì)立中只有天使,，沒有魔鬼,，這就是天使粒子一詞的由來。張首晟團(tuán)隊(duì)做出了一系列理論預(yù)言[4]并和實(shí)驗(yàn)團(tuán)隊(duì)合作第一次確認(rèn)了其存在[5],。

當(dāng)然,，無論是拓?fù)浣^緣體還是天使粒子，都還在原理研究階段,，離器件和應(yīng)用層面還相去甚遠(yuǎn),，所以張首晟老師的科研工作和芯片是不沾邊的。不過身在硅谷的發(fā)源地斯坦福大學(xué),，創(chuàng)業(yè)氛圍得天獨(dú)厚,，張首晟老師名下的丹華資本致力于將硅谷模式引進(jìn)中國(guó)，為中國(guó)的高新技術(shù)做貢獻(xiàn),。

作者：九維空間