物理學(xué)家張首晟去世，這對電子行業(yè)有會(huì)有什么影響？

近日，美國華裔科學(xué)家、斯坦福大學(xué)物理系、電子工程系和應(yīng)用物理系終身教授張首晟被曝于12月1日去世。

據(jù)其斯坦福大學(xué)校友稱：“（張首晟教授）從9樓還是19樓跳下來的。前一天，也就是周五他還在和丹華的律所fund組開會(huì)?！备鶕?jù)他的家人和物理系的電子郵件得知，他一直在和抑郁癥作斗爭。斯坦福校方周一就請了公關(guān)專家來處理此事。當(dāng)?shù)鼐秸J(rèn)為是自殺，已經(jīng)結(jié)案。

△ 張首晟教授

曾被稱為離諾獎(jiǎng)最近的人
張首晟被稱作華人科學(xué)家里離諾貝爾獎(jiǎng)最近的人選之一。

2007年，張首晟發(fā)現(xiàn)的“量子自旋霍爾效應(yīng)”被《科學(xué)》雜志評為當(dāng)年的“全球十大重要科學(xué)突破”之一。基于他對拓?fù)浣^緣體和量子自旋霍爾效應(yīng)的開創(chuàng)性研究，張首晟已包攬物理界所有重量級(jí)獎(jiǎng)項(xiàng)，包括歐洲物理獎(jiǎng)、美國物理學(xué)會(huì)巴克萊獎(jiǎng)、國際理論物理學(xué)中心狄拉克獎(jiǎng)、尤里基礎(chǔ)物理學(xué)獎(jiǎng)和富蘭克林獎(jiǎng)?wù)隆?/p>

2009年，張首晟被清華大學(xué)特聘為教授。張首晟是2013年中國科學(xué)院外籍院士。

他還是楊振寧的弟子，楊振寧曾評價(jià)：“對他來說，獲得諾貝爾獎(jiǎng)只是時(shí)間問題。”

△ 1987年張首晟博士畢業(yè)時(shí)與楊振寧的合影

2014年，中科院物理所研究員丁洪曾在預(yù)測諾貝爾獎(jiǎng)得主時(shí)表示，張首晟很有可能摘得諾獎(jiǎng)。

“量子自旋霍爾效應(yīng)”給芯片業(yè)未來提出的新構(gòu)想

張首晟領(lǐng)導(dǎo)的團(tuán)隊(duì)2006年提出了“量子自旋霍爾效應(yīng)”，將其基于芯片業(yè)未來提出的新構(gòu)想——通過控制電子自旋運(yùn)動(dòng)來降低能耗——在理論上完成了預(yù)言。2007年，張首晟發(fā)現(xiàn)的“量子自旋霍爾效應(yīng)”被《科學(xué)》雜志評為當(dāng)年的“全球十大重要科學(xué)突破”之一。

美國科學(xué)家埃德溫·霍爾在19世紀(jì)末發(fā)現(xiàn)，通電導(dǎo)體在磁場作用下能使電流運(yùn)動(dòng)方向改變90°，這被稱作霍爾效應(yīng)。1980年，科學(xué)家又發(fā)現(xiàn)在極低溫和強(qiáng)磁場條件下，霍爾效應(yīng)呈現(xiàn)電子按順時(shí)針沿導(dǎo)體邊緣運(yùn)動(dòng)的現(xiàn)象，這就是量子霍爾效應(yīng)。與無序運(yùn)動(dòng)導(dǎo)致熱量產(chǎn)生相比，電子保持秩序狀態(tài)則幾乎沒有能量損耗，由此引發(fā)了科學(xué)界研制新的電腦元器件的設(shè)想。

但是，量子霍爾效應(yīng)需要苛刻的條件。張首晟設(shè)想，能否在正常條件下，讓電子跳舞從雜亂無章的迪斯科到井然有序的集體舞。他研究發(fā)現(xiàn)，電子如同地球自轉(zhuǎn)一樣，有一種叫做自旋的基本特性，自旋向上的沿逆時(shí)針運(yùn)動(dòng)，自旋向下的沿順時(shí)針運(yùn)動(dòng)。這種自旋也會(huì)產(chǎn)生量子霍爾效應(yīng)，這就是量子自旋霍爾效應(yīng)。它不僅沒有能量損耗，并且不需要強(qiáng)磁場，也可在室溫環(huán)境下實(shí)現(xiàn)。

“天使粒子”引發(fā)關(guān)注及爭議

2017年7月，張首晟與其他幾位華人科學(xué)家宣布發(fā)現(xiàn)馬約拉那費(fèi)米子，并將其命名為“天使粒子”。張首晟今年1月接受科技日報(bào)記者采訪時(shí)介紹，“天使粒子”將有助于量子計(jì)算機(jī)的研發(fā)。他當(dāng)時(shí)透露，正在規(guī)劃在該領(lǐng)域與國內(nèi)高校進(jìn)行更深入合作。

△ 張首晟團(tuán)隊(duì)搜尋手性Majorana費(fèi)米子的實(shí)驗(yàn)平臺(tái)

“天使粒子”的發(fā)現(xiàn)引發(fā)公眾極大關(guān)注，但也因?yàn)槊襟w的表述一度引發(fā)了爭議。

實(shí)際上，這項(xiàng)實(shí)驗(yàn)由由加州大學(xué)洛杉磯分校的王康隆團(tuán)隊(duì)（UCLA Device Research Lab (Kang Wang Group)）主導(dǎo)，上?？萍即髮W(xué)合作，并由加州大學(xué)歐文分校、加州大學(xué)戴維斯分校協(xié)助、斯坦福大學(xué)團(tuán)隊(duì)的參與。實(shí)驗(yàn)中觀測到了馬約拉納費(fèi)米子模存在的證據(jù)，同時(shí)又極大程度上排除了其他因素的影響，成為馬約拉納準(zhǔn)費(fèi)米子存在的有力證據(jù)。

標(biāo)準(zhǔn)物理理論模型中，12種基本粒子被分成兩大家族：電子、質(zhì)子等8種粒子組成的費(fèi)米子家族和光子、介子等4種粒子組成的玻色子家族。一般認(rèn)為，每一種粒子都有其反粒子，且狀態(tài)與粒子本身相反，粒子與反粒子相遇會(huì)瞬間湮滅。

但1937年，埃托雷·馬約拉納預(yù)言，有一類特殊的費(fèi)米子，像光子等玻色子一樣，它們的反粒子就是自身，這種費(fèi)米子被稱為“馬約拉納費(fèi)米子”。

研究論文共同一作、加州大學(xué)洛杉磯分校的潘磊指出，所謂的發(fā)現(xiàn)天使粒子，并不是真正發(fā)現(xiàn)了馬約拉納費(fèi)米子，而是發(fā)現(xiàn)了符合馬約拉納費(fèi)米子性質(zhì)的激發(fā)態(tài)。

馬約拉納費(fèi)米子被認(rèn)為是制造量子計(jì)算機(jī)的完美選擇。只要符合馬拉約那費(fèi)米子的性質(zhì)，就可以用來實(shí)現(xiàn)拓?fù)淞孔佑?jì)算。拓?fù)淞孔佑?jì)算機(jī)對外在噪聲的抵抗力比普通量子計(jì)算機(jī)更強(qiáng)，更具魯棒性。研究人員也表示，探測到這種粒子后，他們可以制備出電子芯片，實(shí)現(xiàn)基于這一粒子為基礎(chǔ)的拓?fù)淞孔佑?jì)算機(jī)電腦芯片。

“千人計(jì)劃”一員，積極與國內(nèi)高校和科研院所合作

他在2009年作為“千人計(jì)劃”人才回到中國。這些年與國內(nèi)高校和科研院所的合作十分成功，比如發(fā)現(xiàn)了三維拓?fù)浣^緣體和量子反常霍爾效應(yīng)。

“中國已經(jīng)可以把從1到10，從10到100這種放大性的工作做好，需要更多從0到1的原創(chuàng)?！睆埵钻烧f，他的總體感受是，中國的科研越來越走向國際前沿。

張首晟認(rèn)為，好奇心驅(qū)動(dòng)是做原創(chuàng)性工作最重要的素質(zhì)之一。要想催生出原創(chuàng)性研究，需要從教育模式和科研機(jī)制等方面營造更為有利的環(huán)境。他發(fā)現(xiàn)，很多中國人把科研理解為“攻關(guān)”。但“攻關(guān)”是有目標(biāo)的，真正原創(chuàng)性的工作，很多時(shí)候沒有目標(biāo)。

“應(yīng)該允許科研計(jì)劃根據(jù)進(jìn)展進(jìn)行調(diào)整，甚至跟原來的想法完全不一樣?！睆埵钻山榻B，美國有不同科研經(jīng)費(fèi)支持機(jī)構(gòu)，包括美國國家科學(xué)基金會(huì)（NSF）、美國能源部（DOE）和美國國防部高級(jí)研究計(jì)劃局（DARPA）等。其中前兩者都允許對科研計(jì)劃進(jìn)行修改，有時(shí)甚至允許科研人員重新調(diào)整研究方向。

2013年，張首晟與他斯坦福的學(xué)生谷安佳博士聯(lián)合創(chuàng)立丹華資本，意在以斯坦福大學(xué)為核心，專注于投資美國最具顛覆性的創(chuàng)新科技及商業(yè)模式，連接美國的創(chuàng)新與中國市場。他同時(shí)還擔(dān)任丹華資本董事長，丹華資本目前仍在正常運(yùn)營。

此外，張首晟天使投資的斯坦福大學(xué)初創(chuàng)公司VMWare是云計(jì)算產(chǎn)業(yè)的領(lǐng)軍公司，曾市值高達(dá)480億美元。多年來，張首晟教授努力推進(jìn)中美兩國的科技交流。