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2024-03-08 05:01:28

张首晟_百度百科

百度百科网页新闻贴吧知道网盘图片视频地图文库资讯采购百科百度首页登录注册进入词条全站搜索帮助首页秒懂百科特色百科知识专题加入百科百科团队权威合作下载百科APP个人中心张首晟播报讨论上传视频中国科学院外籍院士、物理学家，斯坦福大学终身教授收藏查看我的收藏0有用+10张首晟（1963年2月-2018年12月1日），原籍江苏省高邮市 [1]，美国华裔物理学家，中国科学院外籍院士，斯坦福大学终身教授，丹华资本董事长。1978年张首晟考入复旦大学物理系；1980年赴柏林自由大学就读硕士；1983年进入纽约州立大学石溪分校攻读博士，师从杨振宁教授；1993年被斯坦福大学聘为物理系教授；1996年被斯坦福大学评为终身教授；2011年当选为美国艺术与科学院院士；2013年当选为中国科学院外籍院士；2015年当选为美国科学院院士。张首晟主要从事凝聚态物理领域的研究。中文名张首晟外文名Shou-Cheng Zhang国籍美国民族汉族出生地上海出生日期1963年2月逝世日期2018年12月1日毕业院校纽约州立大学职业教育科研工作者主要成就2010年获得欧洲物理奖2012年获得美国奥利弗巴克利奖2012年获得狄拉克奖2014年获得美国富兰克林奖2013年当选为中国科学院外籍院士展开主要成就2010年获得欧洲物理奖2012年获得美国奥利弗巴克利奖2012年获得狄拉克奖2014年获得美国富兰克林奖2013年当选为中国科学院外籍院士2015年当选为美国科学院院士收起目录1人物简介2人物生平3个人生活4主要成就▪科研成就▪人才培养▪荣誉表彰5社会任职6人物纪念7人物评价人物简介播报编辑张首晟，男，著名的美国华裔物理学家、斯坦福大学终身教授。是诺贝尔物理学奖得主杨振宁的徒弟，被誉为离诺贝尔奖最近的华人科学家之一，也是近年火热的区块链布道者，他创立的丹华资本于2018年11月被美国贸易代表办公室更新的《301调查报告》点名。1963年，张首晟生于上海，在“文化大革命”中度过童年。上学时，他读学校的课本，回到家里，他就扎进阁楼的书堆里，读《西方哲学史》。1976年，父亲给13岁的张首晟买了一套高中自学教科书让他自学。翌年，中国高考制度恢复。1978年，张首晟考上复旦大学物理系。当年全国的大学录取率为4.7%，是至今为止最低的一届。16岁，张首晟被公派至德国柏林大学学习，他花了三年时间修完了五年的课程，后考进美国纽约州立大学石溪分校攻读物理学博士，师从杨振宁。毕业后，他去了IBM做高级研究员，并受到时任斯坦福大学物理系主任、美国第12任能源部部长朱棣文的赏识。1993年，他去斯坦福大学任教。几年后，张首晟被聘为斯坦福的终身教授，三十多岁的他成了斯坦福最年轻的终身教授之一。在科学领域，张首晟有很多成就。其中最重要的要数“量子自旋霍尔效应”和“拓扑绝缘体”，这两个开创性研究让他获得了包括欧洲物理奖、美国物理学会巴克莱奖在内的许多界内重要奖项。2017年，张首晟团队发现“天使粒子”。2018年12月1日，张首晟在与抑郁症斗争之后，意外离世，享年55岁。 [13]人物生平播报编辑1987年张首晟博士毕业时与杨振宁的合影1963年2月，张首晟生于上海。1978年，在没有读过高中的情况下，直接考入复旦大学物理系。1980年，赴柏林自由大学就读硕士。1983年，获德国柏林自由大学学士学位；同年，进入纽约州立大学石溪分校攻读博士，师从杨振宁教授。1987年，获得美国石溪大学博士学位；同年，任美国Santa Barbara理论物理研究所博士后研究员。1989年，任IBM阿尔玛登研究中心高级研究员。1993年，被斯坦福大学聘为物理系教授。1996年，被斯坦福大学评为终身教授。2011年，当选为美国艺术与科学院院士。 [2]2013年，入选中国科学院外籍院士。2015年，入选美国科学院院士。1998年，张首晟投资了Vmware。 [3]1999年，张首晟联合硅谷企业家们共同创办了华源科技协会。2013年，张首晟与他斯坦福的学生谷安佳博士联合创立丹华资本，并担任丹华资本董事长。 [4]2018年12月6日，张首晟的家人发布声明，确认张首晟于12月1日因抑郁症意外去世。 [5]张首晟个人生活播报编辑太太：余晓帆 [12]主要成就播报编辑科研成就科研综述个人演讲(2张)2006年，张首晟领导的研究团队针对半导体能耗与散热问题提出了基于电子自旋的“量子自旋霍尔效应”。量子自旋霍尔效应是关于电子运动的一个新规律，即电子自转方向与电流方向之间的规律。利用该规律可使电子有序地运动，从而降低能量耗散，并有可能研制出新的工作原理的计算机芯片，从而促进信息技术的进步。在此基础上，张首晟发展了能够实现这种新运动规律的一类新奇量子材料－拓扑绝缘体，是这个领域的开创者之一。 [6]人物荣誉(2张)2009年，他与中科院物理所方忠等合作，预言了三种拓扑绝缘体材料（Bi2Se3、Bi2Te3和Sb2Te3），这是材料物理领域的一个重大进展。他与清华大学薛其坤等开展了理论与实验的紧密合作，制备出高质量的材料，在拓扑绝缘体基本性质研究方面取得了一系列开创性成果，并于2013年在反常霍尔效应被发现130多年后发现量子反常霍尔效应，这是国际物理学界重大科学突破之一。 [6]2017年7月21日，王康隆、张首晟、寇煦丰等团队合作在《科学》杂志上发表了一项重大发现：在整个物理学界历经80年的探索之后，他们发现了手性马约拉纳费米子的存在。这一发现，验证了由意大利理论物理学家马约拉纳在80年前提出的预测——存在一类没有反粒子的粒子。同时也证明了存在一种比量子还小的单位，这将对量子理论带来巨大的改变。学术论文据2019年8月中国科学院官网显示，张首晟与中国国内合作论文有30多篇，包括Science （4篇）、Nature Physics（2篇）和Physical Review Letters（4篇）。 [6]人才培养张首晟自从2009年加入清华大学以后，他用每年至少三个月的时间投入清华大学的人才培养。他不但亲自指导本科生、研究生的科研，还开办各种强化课和讲座，全方位参与学校发展。 [6]荣誉表彰时间荣誉/表彰1992年全球华人物理学会杰出青年科学家奖1993年IBM研究部杰出创新奖2010年7月古登堡研究奖2010年9月欧洲物理奖2011年9月求是杰出科学家奖2011年美国艺术与科学院（AmericanAcademyofArtsandSciences）院士2012年奥利弗·巴克利奖（OliverBuckley奖）2012年8月狄拉克奖（国际理论物理学领域最高奖）2013年3月尤里基础物理学奖前沿奖2013年12月中国科学院外籍院士2014年11月3日2014年度富兰克林物理奖2016年12月13日十大“2016年度华人经济人物”2017年3月31日2016-2017年“影响世界华人大奖”获得者2017年12月21日“2017年度中国留学人员50人榜单”资料来源： [7-10]社会任职播报编辑2009年，张首晟任清华大学高等研究院特聘教授。 [11]人物纪念播报编辑“张首晟奖学金” [15]，是为缅怀高山书院创始校董张首晟教授而设立。 [14]人物评价播报编辑他（张首晟）获得诺贝尔奖只是时间问题。（世界著名物理学家杨振宁评）张首晟在推动国内基础研究、人才培养和学术交流等诸多方面发挥了重大作用。 [6]（中国科学院评）新手上路成长任务编辑入门编辑规则本人编辑我有疑问内容质疑在线客服官方贴吧意见反馈投诉建议举报不良信息未通过词条申诉投诉侵权信息封禁查询与解封©2024 Baidu 使用百度前必读 | 百科协议 | 隐私政策 | 百度百科合作平台 | 京ICP证030173号京公网安备110000020000

人物：阳光下被忽略的阴暗——张首晟 - 知乎

人物：阳光下被忽略的阴暗——张首晟 - 知乎切换模式写文章登录/注册人物：阳光下被忽略的阴暗——张首晟上海麦迈互联网科技有限公司2018年的不太平绵延到了年尾，昨日，美国华裔著名物理学家、斯坦福大学终身教授张首晟先生被爆于2018年12月1日去世。有媒体报道称，根据张首晟家人和物理系的电子邮件通信得知，他此前一直在和抑郁症做斗争。斯坦福校方周一请来公关专家处理此事，当地警方认定事件为自杀，并已结案。张首晟家人于2018年12月6日发布声明张教授悄无声息的告别，留下的是无数人的哀痛和惋惜。图片来源：节点财经遗憾我们发现同样是2013年，在张首晟获得尤里基础物理学奖前沿奖的同时，他又多出一个身份：投资人。2013年张首晟与他斯坦福的学生谷安佳联合创立丹华资本，专注于投资美国最具颠覆性和影响力的科技成果和商业创新。丹华资本通过两支基金总共募集到4.345亿美元资金。据公开数据显示，丹华资本对外公开投资113个项目，关注的领域包括人工智能、虚拟/增强现实、大数据、区块链、企业级应用等新兴技术。而丹华资本仅在8月到10月间所投资的公司就有12家，其中8家为区块链领域。可见张首晟“战场”的后半场主力军就是区块链了。面对张首晟的离去，区块链从业者的悼念也显得更为沉重。然而在这一片哀悼中，有几张图却格外刺眼。疑惑时间仿佛一下回到了4月，美链（BEC）一行代码蒸发60亿。尽管蔡文胜极力否认美图和美链（BEC）的关系，甚至在“王峰十问”中大肆夸赞美链团队是具有资金实力和技术的团队，不存在割韭菜行为。谈话中蔡文胜对美链（BEC）的信手拈来，要说他们完全没有关系似乎不太合理。早前，Bianews从美链的项目发起人Ryan Cheung开始一路查起来。发现其曾任PressLogic公司副总裁，而一篇自媒体文章直指PressLogic是美图公司香港海外控股互联网公司。虽可信度大打折扣，但进一步查到PressLogic的主页上写着：PressLogic已经完成了A轮融资，由美图（1357 HK）领投。带着股票代码的，正是在香港上市的美图。随后Bianews发现，在17年的12月7日，南华早报报道，美图收购了总部位于香港的PressLogic公司的股份，以拓展本土广告业务，同时日本经济新闻也作了报道，并且美图发言人已经证实。可以说，美图就是美链（BEC）主要创办人公司的投资方。早在2月，美图公司公告公司董事变更，任命张首晟教授为独立非执行董事、提名委员会及薪酬委员会成员，任命即日起生效。而对于委任张首晟的原因，美图官方好像从未有过更细致的解释。真相整体来看，截图一所说的丹华资本募集了“大概四亿美金”不假，而截至今年第三季度，丹华资本公开披露、数据可查询的区块链投资项目达65个，占总投资项目的57.5%，截图所示“区块链投了将近两个亿，大概占已投项目的2/3”也似乎达到了契合。至于美链（BEC）事件，如果说美图是美链（BEC）的投资方，而张首晟参与其中。那么这个“Bug”很可能只是其中一个导火索，暴雪将至的寒冬就成为压死骆驼的最后一根稻草了。我并不想随波逐流的去报道，也不想毫无底线的捆绑式消费死者，至于张教授的死因究竟如何，只有一句，逝者已矣，生者如斯，永远缅怀张教授。发布于 2018-12-10 10:31人物区块链(Blockchain)虚拟货币赞同 299 条评论分享喜欢收藏申请

55岁华裔物理学家张首晟逝世，家属讣告：生前与抑郁症斗争_科学湃_澎湃新闻-The Paper

裔物理学家张首晟逝世，家属讣告：生前与抑郁症斗争_科学湃_澎湃新闻-The Paper下载客户端登录无障碍+155岁华裔物理学家张首晟逝世，家属讣告：生前与抑郁症斗争澎湃新闻记者张唯王心馨虞涵棋2018-12-06 11:56来源：澎湃新闻 ∙ 科学湃 >字号张首晟资料图2018年12月6日，华裔物理学家、斯坦福大学物理学教授张首晟的家人发布声明，确认张首晟于12月1日因抑郁症意外去世。张首晟家人在讣告中称，“在我们得到这一令人震惊的消息时，我们对大家的支持与慰问深表感谢。”以下为家属讣告译文：我们非常悲痛地通知你们，在与抑郁症斗争后，我们深爱的首晟于12月1日（上周六）意外离世。虽然许多人知道首晟是一位著名的科学家和思想家，但我们了解并爱他是因为他是我们亲爱的丈夫和父亲。首晟珍视和家人在一起的美好时光，他会尽一切可能与我们在一起。在我们全家一起度假的时候，他喜欢带我们去地球上最美丽的自然景观，和我们分享参观的每个地区的古代历史故事，并鼓励我们的最新想法和兴趣。受他希望通过科学研究来见证上帝荣耀的激励，首晟给全世界带来了一种富有感染力的好奇心。由威廉·布莱克撰写的下面诗篇是他的最爱，诠释出他一生探索和发现美的使命：从一粒沙看世界，从一朵花看天堂，把永恒纳进一个时辰，把无限握在自己手心。（王佐良译）在此悲痛之际，我们对给予我们支持和慰问的人们表示感激。不过，我们希望公众在我们面临如此沉痛的时刻，尊重我们的隐私。芭芭拉、斯蒂芬妮、布莱恩及鲁斯敬上张首晟家人于2018年12月6日发布声明张首晟，斯坦福大学物理学教授、美国物理学会会员、美国艺术与科学学院院士、中国科学院外籍院士。祖籍江苏高邮，1963年生于上海。他于1983年取得德国柏林自由大学物理学学士学位，后赴纽约州立大学修读物理学博士，1987年至1989年在加州大学圣塔芭芭拉分校担任物理研究所博士后研究员，1989-1993年任IBM阿尔玛登研究中心高级研究员。1993年担任斯坦福大学物理学教授，2013年当选中国科学院外籍院士。2007年，张首晟发现的“量子自旋霍尔效应”被《科学》杂志评为当年的“全球十大重要科学突破”之一。他因此获得物理界多项重量级奖项，包括欧洲物理奖(2010年)、美国物理学会巴克莱奖(2012年)、国际理论物理学中心狄拉克奖(2012年)、尤里基础物理学奖(2013年)和富兰克林奖章。2017年，在张首晟、何庆林、寇煦丰、王康隆等4位华人科学家的带领下，中美科研团队实现了物理学里的重大突破：找到了正反同体的“天使粒子”——手性马约拉那费米子模。该研究成果发布在《科学》杂志上后，论文通讯作者之一、美国斯坦福大学教授张首晟当时成为媒体关注的焦点。有媒体文章认为，张首晟在物理学取得的成就，足以为他赢得诺贝尔奖，获奖只是时间问题。当时，澎湃新闻电话采访张首晟，他回应称：“我在国内工作了很长时间，也和国内媒体、科学界有过很多的接触。我现在发现一个现象，一旦有重大的科学发现，始终会听到两个问题。第一个问题是这个科学发现到底有没有用，第二问题是这个科学发现能不能得诺奖。我觉得这两个问题问得都不恰当，也是不合适的。”2013年9月，张首晟与自己的学生谷安佳一起，创立了丹华资本（Danhua Capital）。在众多的投资领域中，张首晟在2017年的一次电话采访中告诉澎湃新闻，自己非常看好人工智能在垂直领域里的发展潜力。在其投资的公司中有做自动驾驶的Auto-X，也有做利用人工智能算法防止金融数据诈骗的公司，以及利用大数据挖掘开发更好的教育产品的公司。张首晟曾说自己的偶像是爱因斯坦，但他也想成为达·芬奇、富兰克林这样的人。“我觉得在达·芬奇和富兰克林身上，我看到了科学家的不同方向。他们既有伟大的科学研究，又在艺术、商业甚至政治上有自己的成就。”张首晟说。以下内容为2017年澎湃新闻与张首晟的电话专访：近日，在张首晟、何庆林、寇煦丰、王康隆等4位华人科学家的带领下，中美科研团队实现了物理学里的重大突破：找到了正反同体的“天使粒子”——手性马约拉那费米子模。国际物理学界追寻马约拉那费米子已有80年。研究成果发布在《科学》杂志上后，论文通讯作者之一、美国斯坦福大学教授张首晟成为媒体关注的焦点。有媒体文章认为，张首晟在物理学取得的成就，足以为他赢得诺贝尔奖，获奖只是时间问题。针对这样的观点，张首晟在接受澎湃新闻（www.thepaper.cn）电话专访时进行了回应：“我在国内工作了很长时间，也和国内媒体、科学界有过很多的接触。我现在发现一个现象，一旦有重大的科学发现，始终会听到两个问题。第一个问题是这个科学发现到底有没有用，第二问题是这个科学发现能不能得诺奖。我觉得这两个问题问得都不恰当，也是不合适的。”54岁的张首晟说，自己的偶像是爱因斯坦，而翻看爱因斯坦获得诺贝尔奖的经历可以发现，爱因斯坦是在解释光电效应18年后才获得诺贝尔奖的。“如果外界整天只想问科学家这两个问题，而他们也认为这是科学动力的话，我想绝大多数人会对这个结果失望的。”张首晟告诉澎湃新闻。现在，张首晟除了担任斯坦福大学教授外，还成立了投资公司，其创立的丹华资本已经在美国、中国进行投资。“天使粒子”以及“马约拉纳费米子”要解释张首晟团队这次的发现，首先得追溯到1928年。当时，物理学家保罗·狄拉克（Paul Dirac）做出了一个惊人的预测：宇宙中的每个基本粒子都有一个与其对应的反粒子——电荷相反的“双胞胎”。当粒子与反粒子相遇时，它们会湮灭，同时释放出一股能量。这一预测随后被实验证明。接着时间推进到1937年，意大利理论物理学家埃托雷·马约拉纳（Ettore Majorana）在他的论文中提供了另一种预测：在一类被称为“费米子”的粒子（包括了质子、中子、电子、中微子和夸克）中，应该有一些粒子，自己就是自己的反粒子，并可以用一个波动方程来描述。不过可惜的是，马约拉纳在做出这一预测后，自己也神秘消失了。至此，人类也踏上了寻找这一神奇粒子的漫长过程。虽然凝聚态物理实验一般无法直接观测到真正的“基本粒子”，但实验中产生的特定现象，符合“基本粒子”的特征表现，可以说是非常重要的“准粒子”。张首晟团队这次在拓扑绝缘体和超导体组成的系统中发现的手性马约拉纳费米子，就符合马约拉纳费米子的波动方程，能有力证实这种“天使粒子”的存在。在张首晟的团队之前，也有许多科研团队在寻找“马约拉纳费米子模”，其中就包括上海交通大学教授贾金锋团队。2016年6月，国际顶级物理学刊物《物理评论快报》（Physical Review Letters）在线发表了贾金锋教授及其合作者的论文。论文中，贾金锋团队通过巧妙的实验设计，率先观测到了在涡旋中的马约拉纳费米子的踪迹。那么这次，张首晟团队的研究与之前的一些科学探索又有哪些不同？“我们这次的发现是和以前的零能模不一样，我们发现的粒子, 它既是一个波也会动，是真正满足马约拉纳波动方程的粒子。”张首晟告诉澎湃新闻。阐述各自实验的不同前，或许大家需要对观测“马约拉纳费米子”有个判据，即在什么样的条件下，才算是成功观测到“马约拉纳费米子”。麻省理工学院物理学教授李雅达提出了一个评判标准：在实验中，需要测到奇数个马约拉纳零能模；并且微分电导应达到量化值。依据这个实验判据，张首晟认为：“如果是用100分来表示李雅达判据的话，那么以前的实验做到了1-10分，但我们团队做到了99-100分。”“11年3次预言正确，这是我最辉煌的11年”都说任何科学成就都不是一蹴而就的，据张首晟介绍，这次能完成找到“马约拉纳费米子”，自己用时11年。“11年其实不算长，但我们三次预言成功。这个在我的人生当中，以后回忆或许是最辉煌的11年。”张首晟说。在采访中，张首晟把自己的研究比作做蛋糕。这个“蛋糕”在2006年就开始做了，也就是张首晟的“成名作”拓扑绝缘体。2007年，德国的实验小组在拓扑绝缘体中验证了张首晟所预言的量子自旋霍尔效应。到了2008年的时候，张首晟的理论小组就想“把蛋糕做得更好一点”，准备在里面放一些“草莓”。这些“草莓”是一些磁性材料。当时他们预言拓扑绝缘体加入磁性材料后，会观测到量子反常霍尔效应。2013年，清华大学薛其坤教授验证显示，果然如此。2010年，张首晟团队又在蛋糕里面，加了一些“奶油”，而奶油就是超导体。“我们的理论当时就是预测说你做出了蛋糕，加了草莓，加了奶油后，就会发现手性马约拉纳费米子。蛋糕从上面看是一个二维的，它有个边缘。那马约拉纳费米子出现时只会顺时针走, 不会逆时针走。它既是粒子，也是波，在这个意义下它就是手性马约拉纳费米子。”张首晟说。最终的实验结果也没让张首晟失望。在11年的科学探索中，张首晟曾在2014年无限接近诺贝尔物理学奖。当时，汤森路透给出的物理学奖热门人物就有张首晟。可惜，张首晟与那年的诺贝尔奖擦肩而过。“我觉得当时的预测是客观分析，但和我主观意识其实没有很大联系。对我自己个人来说，就不应该做这样的预测。我可以非常肯定的告诉你，得不得诺奖对我来说不那么重要。如果一个科学家整天想着得奖的事情，我觉得他不会有很大的成就，而且每天都会过的非常漫长。但如果你把科学探索想成一个探险，把大自然想成一个艺术品，你的预言，大自然居然都帮你实现了，那你每天都会过得非常享受。”张首晟告诉澎湃新闻（www.thepaper.cn）。投资人与学术研究或许是受斯坦福大学浓厚的创业氛围影响，2013年9月，张首晟与自己的学生谷安佳一起，创立了丹华资本（Danhua Capital）。据张首晟介绍，“丹”取之于斯坦福，“华”取之于中华，意在成为中国连接世界创新创业的发源地——斯坦福大学和硅谷的高速桥梁。以斯坦福和硅谷为核心，丹华资本专注于投资美国最具颠覆性和影响力的科技成果和商业创新。根据PitchBook的资料显示，丹华资本的投资组合中的“独角兽”已有9个。“目前，丹华资本在斯坦福附近有2期美元基金，北京也有1期10亿元的人民币基金。”张首晟说。尽管成立才4年，根据crunchbase资料，丹华资本已经对58家公司进行了77笔投资。在众多的投资领域中，张首晟告诉澎湃新闻，自己非常看好人工智能在垂直领域里的发展潜力。在其投资的公司中有做自动驾驶的Auto-X，也有做利用人工智能算法防止金融数据诈骗的公司，以及利用大数据挖掘开发更好的教育产品的公司。“在选择公司时，我会更看重所在领域的技术是否前沿，以及这个公司团队是不是有快速学习的能力。现在，许多投资都是我最后拍板决定。”张首晟说。一边是做学术研究，一边是做投资。对于这样的双重身份，张首晟乐在其中。他告诉澎湃新闻（www.thepaper.cn），虽然自己的偶像是爱因斯坦，但他也想成为达·芬奇、富兰克林这样的人。“我觉得在达·芬奇和富兰克林身上，我看到了科学家的不同方向。他们既有伟大的科学研究，又在艺术、商业甚至政治上有自己的成就。”张首晟说。责任编辑：李跃群澎湃新闻报料：021-962866澎湃新闻，未经授权不得转载+1收藏我要举报#天使粒子查看更多查看更多开始答题扫码下载澎湃新闻客户端Android版iPhone版iPad版关于澎湃加入澎湃联系我们广告合作法律声明隐私政策澎湃矩阵澎湃新闻微博澎湃新闻公众号澎湃新闻抖音号IP SHANGHAISIXTH TONE新闻报料报料热线: 021-962866报料邮箱: news@thepaper.cn沪ICP备14003370号沪公网安备31010602000299号互联网新闻信息服务许可证：31120170006增值电信业务经营许可证：沪B2-2017116© 2014-2024 上海东方报业有限公

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世界著名物理学家张首晟

编者按

三年前的12月1日，世界著名物理学家、斯坦福大学教授张首晟去世，年仅55岁。他的学生、西湖大学理学院物理学讲席教授吴从军为《知识分子》撰文，回忆了他和张教授的点滴交往，受到的事业和人生方面的教诲与启发，寓奔涌的情感于平实的叙述中，将师生间的真挚情谊一一道来，令人感喟、感动。

撰文 | 吴从军（西湖大学理学院物理学讲席教授）

责编 | 邸利会

转眼之间，张老师离开我们已经整整三年了。几个星期之前，我收到世界科学出版社寄来的纪念张老师的文集，看到封面上张老师依然年轻的面孔，回想起在他组里读博士的那几年的经历，不禁百感交集。

01 电话的那头

想起来，张老师的研究风格和品味，对我有很大的影响。在进入他的研究组之前，我已经有了一些研究经历。但是对于什么是好的研究，该如何选择研究的方向，基本上是一种懵懂的状态，更谈不上有深入的认识。

我从小对物质的本源有强烈的好奇，从而对数学和物理抱有朴素的热情。于90年代在国内读完大学和硕士之后，我到了美国继续读博士。我刚开始的研究经历基本上是在导师给定的框架下，先照着领域内的经典文章学习，再把相关的知识应用到研究课题中。

当时觉得对物理的学习，自然是越高深越复杂越好。比如量子场论的一个重要的技术是计算费曼图（Feynman diagram）。我曾认为理论物理水平的高低就在于场论懂得有多深，具体的衡量就是能算多复杂的费曼图，最好是会算别人算不了的费曼图。

在遇到张老师之前，我基本上是沿着这个路子在努力。这就像是武侠小说里常说的那样，照着武功秘籍苦练招式，但对于内功心法，却是没有什么体会的。换句话说，也就是还没有开窍。

整整二十年前（2001年），也是在靠近年终的时候，我申请转学到斯坦福大学，继续读博士学位。张老师给了我一次电话面试。这是我第一次和他通话，印象仍然很深刻。

“讲一讲你的研究经历。” 张老师在电话那头说。

我讲了当时的工作，是用场论方法来处理量子物态。用行话说，就是用玻色化（Bosonization）方法结合重整化群（Renormalization group）来分析两通道耦合的拉廷格（Luttinger）液体的物态。在2000年左右，这些技术还算先进。对于刚开始做研究的学生来说，能熟练掌握这些技术还是值得称道的。

我期待着他的认可，但是电话那头的反应很平淡。

他接着问，“你还会什么？”

我又讲了一个研究碳团簇的电子能级和晶格振动的工作，用的是群论的方法，也就是对称性分析。这个比较简单，但物理图像很清晰。我当时只是把对称性当作一种简化问题的技术，没有很看重这个工作。

出乎我的意料，电话的那头明显地热情起来，“很好。Welcome to Stanford！”

从这次经历，我体会到他对对称性的偏爱。在之后跟他做学生的三年中，我深刻地领会到这种研究风格，也逐渐开始欣赏起来。

对称性在现代物理学中，堪称是指导原则之一。特别是在高能物理中，有 “对称性决定相互作用” 一说。凝聚态物理研究的系统通常很复杂，不同的研究者形成了不同的风格，并不是所有人都认为对称性的地位是那么重要，算是见仁见智吧。尽管如此，把对称性当作一种看待世界的眼光和思维方式，而不仅仅是一种技术，也是凝聚态物理研究的一种重要的风格。

现在，探索各种对称性及其在物理中的应用，已经成为我的主要研究内容之一，这无疑是受到了张老师的影响。

02 醍醐灌顶的感觉

我在斯坦福大学读博士学位的几年里，压力是很大的。所幸当时年轻，身体倒也扛得住，而且在精神上是充实的，觉得研究的视野有很大的拓展。至于前途的事情，觉得反正想不清楚，那就不用想得太多，索性把眼前的事情百分之一百二十地做好。

期间和张老师有两次聊天，让我受益匪浅。可以说，这两次交谈在很大的程度上，改变我对研究品味的认知。

一次聊天是在读博士的早期阶段。我去他办公室里汇报工作，汇报完了之后，他很满意。接下来的气氛就比较轻松，我们闲聊起历史上一些重要的物理工作，就扯到了量子霍尔效应（注1）。

他说道，“从军，对于分数量子霍尔效应这个现象，你讲讲看，是电子间的相互作用更重要呢，还是朗道能级更重要？”（注2）

我回答道，“当然是电子间的相互作用。分数量子霍尔效应是典型的强关联效应，这不是大家都知道的吗？”

他反问道，“电子间无非是静电库仑力，这不稀奇。库仑力，不管什么材料里都有。那怎么在绝大部分系统中，都没有出现这么有意思的现象呢？”

我无话可说。

张老师接着说道，“归根到底，还是朗道能级重要。你看看朗道能级波函数的样子，就知道一定会有非平凡的物理发生。即使没有相互作用，也会有整数量子霍尔效应。当然，相互作用把这个现象再提升了一下。Laughlin（拉夫林）波函数能够被构造出来，也是基于朗道能级波函数有好的形式。” （注3）

我当时有一种醍醐灌顶的感觉。这番见解和我之前在别人那里听到的都不一样，让我深为折服。

基础的朗道能级，在他的眼里，比复杂的场论，还要直接和深刻。他当时正在和师兄胡江平研究四维球面上的朗道能级，这是拓扑绝缘体研究的先河。

我在博士阶段的工作并没有涉及到朗道能级，但是这番谈话对我影响仍然很大。在取得教职之后，我开始从事对高维朗道能级的研究，主要是从四元数解析函数的视角来理解高维拓扑物态，这成为我的研究重点之一。（注4）

令人欣慰的是，我在这方面的一些工作得到了张老师肯定。在这次出版的纪念文集里，我就总结了我在这方面的工作，也算是一种对哀思的寄托吧。

03 理论的两个标准

另外一次聊天是在博士答辩之后了。那是2005年夏天，我快要离开斯坦福了。约了时间，我到他的办公室，请教以后的研究生涯的方向问题。

“张老师，我快要走了。很感激您这三年的指导，我能到斯坦福您这里，真是很幸运。我要去新地方了，想问一下，今后该做什么样的课题呢？”

他说，“我很高兴你去KITP做博后，那也是我待过的地方，那时候还叫ITP。你在那里是有选题的自由的。具体做什么，当然你应该自己选择，别人不能替你来决定。我只能给你谈一谈选择的标准。” （注5）

“衡量理论物理的工作，一般来说，标准有两个。一个是有没有好的数学形式，也就是说理论本身是不是干净、漂亮。另一个则是现实的标准，要看能不能解释实验，是不是有 prediction power（预言能力），至少可以深化对现有实验的理解。”

我说，“这个实验的标准，我能理解。比如，像普朗克(Planck)那样，硬凑出个普朗克公式。哪怕当时说不出道理, 只能算是个经验公式，那也是了不起的工作。” （注6）

他说道，“你讲得对。如果研究的现象很复杂，象我们凝聚态物理，实验的结果哪些是本质的，哪些是表观的，反而不容易一下子看得清楚。但是一个理论是不是优美，那是可以一眼就可以看得出的，一个漂亮的理论往往是对的。当然也不能把这个绝对化。

当年杨-米尔斯（Yang-Mills）理论刚提出来的时候，被泡利（Pauli）攻击得很厉害。泡利对杨先生说，你的规范场是无质量的，产生的是长程力，不适用于强相互作用和弱相互作用。这两种作用在现实中都是短程力。杨先生认为这么优美的杨-米尔斯场，应该更加本质。不应该放弃它，反而应该在此框架下，来寻求解决矛盾的方案。结果，杨先生是对的。泡利的意见很尖锐也很重要，只是杨先生看的更远。” （注7）

对于这番话，日后随着年龄的增长，我的体会在逐渐地加深。数学的标准，也可以说是美学的标准，听起来很空洞，大而无当，其实这是一种信念。

做具体研究的时候，经常是云雾缭绕，不识庐山真面目，甚至两眼漆黑，盲人摸象，那也是常态。如果没有强大的心理支撑，是很难坚持下去的。相信“现象是复杂的，规律是简单的，是可以被理解的”，这一开始可能只是在给自己壮胆打气。时间长了，这就变成了一种信念，成为探索未知道路上的指引。

最后，他总结了一下，“如果这两个标准都能达到，那当然很好，但是这种机会一般比较少，一辈子能遇到一次或几次，就很幸运了。但这两个标准至少要符合一条，能做到这样，那也是很好的工作。如果你觉得在数学上构造不出好的形式，对实验也没有什么帮助。那就不要浪费时间了。”

这些话我一直记得。我时不时地问自己，要做的研究究竟符合哪一条标准？我也经常把这两个标准，讲给由我指导做研究的学生，和上我课的学生听。希望张老师的这些话，除了对我之外，对有志于学术研究的年轻一代，也能有所裨益。

04 黑板上的切磋

回想起来，在向张老师汇报工作的过程中，我得到了很多的锻炼。

在组里待过的人都知道，向张老师汇报前，一定要充分地准备。特别是在进展不顺利的时候，如果你想去敷衍，那是会灰头土脸过不了关的。

张老师常说，只要深入地思考，总会有些想法和心得，就可以拿出来讲讲。另一句常说的话是，“Why not aim high?”（为什么不用高标准来要求自己？) 他期待着看到我们积极思考，使尽全身解数，化不可能为可能。

在汇报的时候，张老师要求我们能在几分钟之内，把要点清晰地表达出来。除了极个别的情况，他对复杂的计算过程并不在意。他在意的是结论的妙处何在？你能不能不依赖计算，就把结果解释得清楚？他可以很快掌握你的思路，给出中肯甚至尖锐的评论，以及如何发展的建议，或者分享他自己的想法。

和张老师交流的压力确实不小，他的追问足以调动我们全部的潜能。那感觉像是和武林高手过招，要全神贯注，才可以勉强招架。当然我们也希望间或能还上一招半势，引起他的赞许。

温室里的花朵经不起风雨。只有在黑板前面，用沾满粉笔灰的手，把问题解释清楚的时候，才能说是真的弄明白了。这对于表达和交流能力，是一个很好的锻炼，而这一点往往是中国学生所不擅长的。

一个直接的好处，就是日后在面试的时候不会怯场。在美国找教职时有个惯例：面试的时候，除了要做研究报告（seminar）外，还要和当地相关方向的教授们一对一的面谈。一般是每个人半个小时左右。这些教授中，很多人都是或曾经是领域内的风云人物，大多喜欢和被面试者在黑板上切磋。如何打动他们，让他们相信被面试者的水平配得上做他们的同事，这需要实力再加上精心的准备。从张老师那里出师后，这个过程就不再让人紧张，可以用一种比较放松的心情来对待。

我现在面试研究生的时候，让学生上黑板写东西，发现很多人非常地紧张。我的一个建议就是，平时就有意识地训练自己在黑板上写写划划。

回国工作以后，我注意到很多的大学和研究机构的硬件设施，已经条件很好了，不比美国差。美中不足的是，在走廊和办公室里往往缺少黑板，而这并非是昂贵之物。

别的学科我不清楚，但在数学家和物理学家的眼里，雪白的墙壁远远不如黑板来的顺眼，最好上面还有些凌乱的公式，更显得有意味。如果黑板和粉笔触手可及，他们就忍不住得会写点什么，想法往往随之产生。这虽然是些细节，但会引导一种健康的文化氛围，对于培养学术讨论和交流的风气，是很有益处的。

05 化不可能为可能

张老师有过人的直觉。他的有些想法初看起来不靠谱，但还是导致了很有价值的成果。在跟随他的那些年里，我也在努力地体会和模仿，受益很多。

当时，张老师让我去研究量子蒙特卡洛模拟（蒙卡）算法的符号问题。这是量子多体物理的一个重要课题。

他提出，“你可以从体系的时间反演对称性着手，来考虑这个问题。”

在思考了一段时间后，我给他举了几个反例来论证这个想法不对。

他有些不高兴，“Did you work hard? （你用心想了没？）”

我觉得很委屈，因为他反驳不了我的论证。当时也是年轻气盛，我就顶撞了他一句。他没有再说什么，气氛变得很尴尬。

回去以后，我冷静了下来，开始反思自己。他失望的是我的消极态度。对这样一个他觉得很重要的问题，他希望看到我积极地思考，化不可能为可能，而我满足于做不可行性论证。

于是，我使劲地去思考。否极泰来，就在当天午夜过后，灵感悄然而至。我醒悟到，他的大方向是对的，只是还差关键的一步：蒙卡算法要对体系的哈密顿量做分解（行话叫Hubbard-Stratonovich decomposition)。他说的对称性是分解之前的；但是只要改成分解之后的对称性，那就和具有辛对称性（symplectic symmetry）的无规矩阵（random matrix）联系起来了，就可以对符号问题取得进展。

我非常地兴奋，连夜把初步但关键的结果整理好。给他发了邮件，约了第二天面谈。

他非常高兴，“Congratulations on your achievement（祝贺你的成果）!”

后来，他表示他很看重这个工作，说在给我写的推荐信中，这个蒙卡符号问题的进展，是其中重要的一部分。

现在，量子蒙卡模拟已经成为我的主要研究方向之一。回想起来，是张老师把我领到这里来的。

06 真诚而热烈的鼓励

除了对学生们的严格要求以外，张老师的鼓励和支持也是很多的。当然他的赞许并不廉价，是要经过一番努力才可以得到的。另一方面，他的鼓励是真诚和热烈的。

对于我来说，我能树立起对自己的研究生涯的信心，是和他的鼓励和支持分不开的。

在去斯坦福之前，我对研究还没有找到感觉，自然也就谈不上有什么信心。到了斯坦福之后，看到周围的同学个个都是人中翘楚，心理上的自卑感是难免的。

进组之后，我很珍惜这个机会，也想证明一下自己。对于张老师向我提及的经典文章和自己做的课题，我都会仔细地把计算过程和理解的心得整理好，扫描后发给他。他对这一点表示很高兴，跟我说这是一个很好的习惯，鼓励我要坚持下去。

在博士答辩的时候，他向听众和答辩委员会做开场介绍，给了我很高的评价。在之后的职业生涯中，张老师一直是支持有加。当年我找教职的过程比较顺利，这和他的帮助也是分不开的。

刚开始当教授的时候，我经常回斯坦福访问他。一次，他跟我提了一个凝聚态物理中知名前辈的名字。他说，“从军，你的研究风格很像他。继续努力吧。”

这句话给了我很大的力量。我日后也遇到了不少困难和瓶颈。每每不甘于躺平的时候，还会想起老师对我的激励。

07 轻松的时刻

和张老师相处时，轻松的时候也有不少。他其实很愿意聊简单而有趣的话题。

有一次开会遇到他，闲谈起了教学。我当时在教大学的《经典力学》，注意到简谐振子在相空间的轨道具有手征性，即只能沿一个方向打转，而不能反方向打转。这算不上是个发现，只是个心得而已，但一般的教科书确实没有提及这一点。他对这样一个简单的东西，表示了很大的兴趣，评论说这其实就是相空间中的朗道能级。我们还就其背景聊了很长的时间。

在2012年夏天，张老师在青岛组织了一个拓扑绝缘体的学术会议。严肃的学术报告之余，大家都很疲惫。他让加州大学圣芭芭拉分校的许岑珂和我讲一点物理之外的有趣的东西，让大家放松一下。他一直认为数学和物理应该在更广阔的范围内反映这个世界。

我选了兰彻斯特（Lanchester）方程这个题目。这是第一个用来描写战争的数学方程，揭示了 “集中兵力” 这个兵家原则下面的非线性数学机理。他很感兴趣，让我好好准备。结果，这个 “娱乐” 报告大受欢迎。很多年后，我遇到当年的参会者，不少人都还记得这个报告。

在最后一次回斯坦福访问他的时候，我们还闲聊了一会欧拉乘积公式，以及相关的素数定理和黎曼猜想。我们并非职业数学家，这些只是业余爱好。

吃饭的时候，他问我，“从军，如果你没有任何的压力，又有充足的经费，你会做什么？”

我说了两个其实我没有一点研究背景的数学方向（此刻说出来恐怕会让行家笑话，只能算是一个业余爱好者的遐想罢了）。

他说，“你说得很好，我同意。”

08 刹那即永恒

回想起来过去的时光，感慨万千。在斯坦福的三年经历是我的研究生涯的转折点。张老师的指导使我从一个现实主义者，转变成一个现实的理想主义者，成为一个愿意欣赏数学和物理之美的人。

“朱实陨劲风，繁英落素秋…… 何意百炼刚，化为绕指柔。”

我还记得他喜欢的英文诗，“To see a world in a grain of sand. And a heaven in a wild flower. Hold infinity in the palm of your hand. And eternity in an hour.”

这首诗刻在了他的墓碑上，中文翻译也非常得优美，“一沙一世界，一花一天国，君掌盛无边，刹那即永恒。”

愿张老师在天国安息。

注释

1. 量子霍尔效应包括整数和分数两大类，是凝聚态物理研究中的拓扑物理和强关联物理两个方向上的里程碑。它们分别于上世纪80年代和90年代得了诺贝尔物理奖。这两个效应是二维电子体系在强磁场下的奇特性质：霍尔电导是量子化的，表现为基本电导（e2/h）的整数或分数倍。量子化单位则由基本物理常数决定（e是电子电荷，普朗克常数h是量子物理的基本常数）。而这竟发生在半导体材料中，与体系的细节无关，可见其物理机制的深刻和基本。在当初被发现的时候，这些效应实在是出乎人们意料的。

2. 在经典物理中，电子在磁场中的运动受到洛伦茨力，该力的方向和速度垂直，起了向心力的作用。如果磁场沿着z轴，则电子在xy平面上逆时针打转；如果磁场反向，那电子就只能顺时针打转。这样电子的运动就具有了手征性。这样的轨道在量子力学中，被称为朗道能级（Landau level）。这是每个学物理的学生都熟悉的基础知识。

整数量子霍尔效应是基于朗道能级的单电子拓扑性质的体现，而分数量子霍尔效应则是电子的集体行为。这需要在朗道能级之外，通过相互作用使大量电子协调起来。这比整数效应的物理要更加丰富。张老师自己的成名作之一，就是分数量子霍尔效应的有效拓扑场论的研究。

3. 他指的是朗道能级的一个优美的数学性质：在二维体系中，一个电子的横坐标x和纵坐标y，本来是彼此独立的。磁场使得电子的运动具有了手征性，把x和y组合成了一个整体，即复变量z=x+iy。在最简单的情况下，朗道能级波函数是复变函数的解析函数。这是数学的优美性和物理的真实性的一个很好的结合。拉夫林波函数是分数量子霍尔效应的量子多体波函数，也是多个复变量的解析函数。

4. 四元数是复数的高维推广，由W. R. Hamilton（哈密顿）于1843年发明。

5. ITP是理论物理研究所的简称。这个ITP在加州大学圣芭芭拉分校，后来改名为KITP, 即卡弗里理论物理研究所。

6. 在19世纪末，经典物理学，包括经典力学、热力学和统计物理、电磁场方程，几乎已经完备。物理学家们空前地自信，认为大到天体运行，小到分子运动，都不再神秘，都可以被理解了。但是还有两个问题尚未解决，一个是迈克尔逊—莫雷实验否定了 “以太” 的存在，另一个是黑体辐射的测量结果和经典统计物理相矛盾。它们被称为 “物理学晴空中的两朵乌云”。前者导致了相对论的诞生，后者导致了量子物理的诞生。普朗克公式完美地拟合了黑体辐射的实验数据，对其机制的深入研究导致了 “量子” 概念的诞生，这是量子物理的发轫。

7. 强相互作用和弱相互作用是自然界四种基本作用力中的两种，其他两种是重力和电磁力。后两种是长程力，而前两者是短程力。在超过原子核的尺寸之外，强、弱相互作用就迅速衰减到零。核物理中常说的，a,b-衰变分别是强、弱相互作用的结果。泡利的指责后来也得到了圆满的解决，其机制是规范对称性自发破缺，这是后话。

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沉痛哀悼！复旦大学杰出校友张首晟逝世

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沉痛哀悼！复旦大学杰出校友张首晟逝世

2019-04-23|逝者永恒

复旦大学杰出校友，美国华裔科学家，斯坦福大学物理系、电子工程系和应用物理系终身教授张首晟于美国当地时间12月1日去世，享年55岁。校友们纷纷在朋友圈悼念张首晟1963年出生于上海，1978年年仅15岁便考入复旦大学物理系。1980年起他前往海外求学深造，于1983年在德国柏林自由大学获硕士学位，于1987年在美国纽约州立大学石溪分校获得博士学位。张首晟是斯坦福大学物理系、电子工程系和应用物理系终身教授，其研究领域包括拓扑绝缘体、量子自旋霍尔效应、自旋电子学、高温超导等。所获物理界重量级奖项包括欧洲物理奖、美国物理学会巴克莱奖、国际理论物理学中心狄拉克奖、尤里基础物理学奖等。他还是美国科学院院士、中科院外籍院士，获得2017年度中华人民共和国国际科学技术合作奖。张首晟：从阁楼的孤独到科学的辉煌2005年，正值复旦大学百年校庆前夕，一位有心人向复旦校史馆捐赠了一份毕业文凭。文凭主人叫张彝，是当时复旦公学的第二届学生。这份签发于1909年的毕业证书是我国目前存世的最早大学毕业文凭。这位有心人叫张首晟，张彝是他的祖父，在祖父毕业近70年后的一个秋天，他也踏进了复旦园，成为张家的第二个复旦人。不久后，张首晟远涉重洋深造，在科研领域穷幽探微多年，如今凭借高质量的科研成果以及多项物理学重量级奖项，成为跻身大洋彼岸物理学界顶级俱乐部的华裔科学家。阁楼少年：真正的启蒙教育不是科学，而是艺术和哲学张彝的毕业文凭被发现以前，一直尘封在张家静安区祖屋的阁楼上。对张首晟来说，家里的阁楼是一个神奇的角落，从幼年开始，他总是能在这里发现各式有趣的物什，从伯父的大学毕业年册，到《西方哲学史》、《西方艺术概论》等书籍，不一而足。张首晟3岁那年，文化革命正席卷全国。高考中断，各类劳动锻炼侵占了课堂，黄浦江边已安置不下一张平静书桌。年幼的张首晟是个内向的小孩，白天在教室里学习各类印着领袖语录和最高指示的课本，回到家里，则一头扎在阁楼上阅读“捕获”的各类“怪书”。“在红色的年代里能够看到古希腊的雕塑，是很幸福的。对我而言，真正的启蒙教育不是科学，而是艺术和哲学。”张首晟回忆道。阁楼岁月，成为他成长中一段隐秘的快乐。十年时光，上海滩上一批又一批青年响应伟大领袖的号召，踌躇满志地到更广阔的天地里自我改造。没有人留意到，有一个孩子，正躲在紧窄逼仄的阁楼上如饥似渴地啃着一部部硕果仅存的书籍。楼外是山呼海啸的红色声浪，楼内是沉静缄默的青葱岁月。“那是个读书无用论的年代，喜欢读书的孩子反而会被轻视，完全是一种逻辑的颠倒，我当时对读书的渴求完全来自于内心的驱动。”张首晟在同伴眼中，沉默寡言，其实在他内心正在孕育着无限生机。当他自由而无用地读书时，或许并没有预料到，这段阁楼岁月积累的营养竟会令他受用一生。初中生上大学 1976年，张首晟12岁时，阁楼外的世界渐渐地发生了变化，声浪仍旧一波高过一波，但内容却在走马灯地换。新鲜气息刺激着每个人的嗅觉，那年，父亲给张首晟买了一套自学丛书，其中包括数学、物理等科目，为即将到来的变化未雨绸缪。第二年，高考正式恢复。等不到夏天，这次高考即在北风呼啸中匆匆举行。对于当年上山下乡耗尽青春的哥哥姐姐来说，这场提前举行的考试来得太迟了，但对当时初三在读的张首晟而言，似乎还为之尚早。但那是个万象更新的年代，1978年夏天，张首晟与高考不期而遇。那年，上海允许初中毕业生直接参加高考，每个区仅限10个名额，参加高考的初中毕业生需要参加预赛，通过后方能获得高考资格。阁楼上的少年有些蠢蠢欲动了：“伯父的大学毕业年册对大学有着生动的描写，我从小就非常盼望大学生活。虽然我是初中生，但当时的环境下，高中生也不比我拥有更多的知识，所以还是有些信心的。”张首晟说。可是,一旦落榜，非但不能实现大学梦，连高中的大门都无缘了。“这是我人生中面临的一次最严峻的选择。”张首晟后来坦言。父母顾虑再三后还是选择支持他。于是，张首晟参加了当年的预赛，并顺利获得高考资格。1978年的高考是空前绝后的，共赴考场的，有黑五类的“崽子”，也有又红又专的苗子；有在边城遥望故乡明月的老知青，也有张首晟这样在阁楼上探看窗外世界的少年，决定命运的，不再仅仅是家庭出生，还有分数。张首晟如愿以偿，拿到了复旦大学的录取通知书。那年高考改变了很多人的命运，包括张首晟。“我的初中学校很差，如果按部就班再读普通高中，也许结果就和今天不一样了，人生的成就总是跟你一些十字路口上的选择有关。”张首晟说。没有文凭的复旦人 1978年9月，复旦大学物理系迎来了一个没有高中文凭的少年大学生。“初中时，在很封闭的情况下，我们都知道杨振宁、李政道获得诺贝尔奖，为中华民族争了一口气。大学时选择理论物理专业，就是冲着他们的榜样力量。”张首晟如是说。走进物理系，距离偶像又近了一步，不过当年的他或许没有想到，自己和偶像的缘分远不止如此。复旦的时光是快乐的，对于阁楼上的少年来说尤其如此:“在初中的时候，由于喜欢读书，周围的人都不以为然，我一直感觉很孤单。来到复旦之后，大家都如饥似渴地读书，有了很多的好朋友。”张首晟说。那年，张首晟住在11号楼303室，一个寝室8个人，他的年纪最小。平日里看得最多的就是争分夺秒地读书，偶尔的课余生活也成忙碌的学生生活的美好点缀。班上有海外关系的同学陈捷弄到了进口彩色胶卷，这在当年是金贵无比的稀罕玩意，但他还是毫不吝啬地把它拿到学校和同学共享。这些彩色胶卷，留下了许多张首晟在复旦园里珍贵的青春影像，他和陈捷也结成了莫逆之交，每逢对方赴美，一定住他家里。大学第一个学期就这样愉快而匆匆地过去了。第二学期开始，一日，张首晟正在宿舍里自习，班主任突然上门，告知他将被选派前往德国柏林大学深造。张首晟高考成绩优异，在当时已被列入留德学生的内定人选。对张首晟来说，这个消息可谓天降喜讯。他对德国最初的印象，来自儿时啃过的那些哲学书籍，隐隐约约知道它是康德、黑格尔的祖国。“学了物理以后，发现教科书上重要的物理公式很多都是德国物理学家的贡献，去德国留学对我来说像做梦一样。”张首晟说。当年公派到德国的学生一律要在同济大学接受为期一年的德语培训。1980年，没有来得及拿到复旦文凭的张首晟，正式踏上了赴德之旅。镌刻着物理公式的墓碑张首晟到达西柏林时，戒备森严的柏林墙还高高耸立着。他所在的柏林自由大学是一部分老柏林大学出走的师生所创，与东柏林的老柏林大学（后称洪堡大学）遥相对应。这所位于冷战前哨的大学甫一成立，便以“真实，公平，自由”为校训，更把“自由”二字嵌入校名。在这样一所以自由著称的学校里就读，对于张首晟而言可谓如鱼得水。外面的世界很精彩，但他没有忘记自己的本分。柏林大学的学制为五年，不少人甚至花了七年才能毕业，但凭借着出色的学习能力和勤奋，年轻的张首晟花了三年时间就完成了学业。学习之余，他还花了不少时间深入了解德国乃至欧洲的人文历史。尽管学业顺利，但理论物理的前途较窄，一度让他对自己的未来感到迷惘。“本来我还挺有信心的，但同学之间的担忧对我产生了影响，1981年左右，我开始想到前途问题。”张首晟说。就在当年暑假，他踏上了德国颇为流行的搭便车之旅，借着免费的顺风车环绕了德国一周，这场如骑士一般的浪漫旅行对张首晟的人生选择产生了重要影响。一天，张首晟来到哥根廷大学附近的一片墓地。很多德国著名物理学家长眠于此，每个人的墓碑上，墓志铭都镌刻着其生前发现的一道重要公式。如Heisenberg的墓志铭是Heisenberg测不准原理的公式，马克斯•玻恩是其对波函数概率的一个分析，Otto Hahn的墓碑上是一道核反应公式，张首晟被深深地震撼了：“一个朴素的墓碑，一个简单而普适的公式，这才是人生最高境界。从此之后，我决定要把自己毕生的精力贡献给物理学研究，特别是理论物理学的研究。”成为一名科学家的神圣感和人生意义此刻内化为一种使命，一种激励自己贡献终生的精神源头。物理公式是美丽的诗句在德国攻读学位期间，张首晟开始思索自己的学术方向。当时，在他看来，物理学的最高目标是将爱因斯坦揭示的宇宙四大力统一起来，杨振宁先生在这方面颇有建树，而他又是自己儿时的偶像，前往美国追随杨振宁先生从事统一场研究便成为他念兹在兹的目标。从柏林自由大学毕业后，张首晟被美国纽约州立大学石溪分校录取，如愿以偿成为了杨振宁先生的弟子。一入门，他就迫不及待地向老师阐述他的学术构想。出乎意料的是，杨振宁先生并不支持他从事统一场论或基本粒子物理研究，而是向他推荐了凝聚态物理。这时凝聚态物理还是一个方兴未艾的研究领域，杨振宁先生本人的研究方向也并不在此，老师的建议让张首晟大惑不解。多年以后，张首晟才明白了杨振宁先生当初的良苦用心：“一般来说老师总是希望学生能够发展自己的研究领域，杨振宁先生却建议我从事其他领域的研究，他真的很无私。今天看来，凝聚态物理在物理学领域中发展得最快，这体现了他三十年前精准的眼光。” 而更让张首晟得益匪浅的是，这位有着诗人气质的科学家，带领着他领略到了不一般的科研境界：“他告诉我，诗歌追求的境界是用两句话将复杂的感情说清楚，科学也是追求用一个简单的公式去描写大自然的所有万千现象。艺术和科学是相通的，F=ma’、‘E=MC2’就是描写大自然的最美丽的诗句。” 导师的话，激活了张首晟对于艺术的启蒙记忆。“为美所驱追求科学，真是一种最高的境界，杨振宁先生带领我进入的境界，在书本上是学不到的。”张首晟感慨。在物理系系庆报告会上，张首晟展望物理学发展的未来，觉得随着学科越来越专业化，隔行如隔山，而如要真正做出创新，科学家还需更高的视野。他举例说，牛顿发现万有引力，说明了三大力学定理，但当时理论物理根本没有这个名词，他那本奠定物理学基础的书叫Mathematical Principles of Natural Philosophy，这是历史上最成功的用数学语言来描写大自然，体现着无与伦比的的美。“因为在最高的境界上，科学跟艺术，科学跟美，主观、客观是统一在一起的。”在这一点上，张首晟颇得导师的精神。师傅领进门，修行在个人，从基本粒子物理突然转向凝聚态物理并非一件轻而易举之事，好学而刻苦的张首晟做成了。斯坦福最年轻的终身教授 1993年，张首晟进入斯坦福大学任教，不久后便头角峥嵘，成为该校最年轻的终身教授之一。2010年凭借“量子自旋霍尔效应”理论预言和在实验观测领域的开创性贡献，荣获欧洲物理奖，这是该奖项首次花落华裔科学家；2011年，因在物理学领域做出的卓越成就，荣膺美国艺术与科学院院士。2012年他先后获得凝聚态物理领域的最高荣誉Oliver Buckle奖和国际理论物理学领域最高奖“狄拉克奖”（Dirac Medal）。近年来俘获大批中国粉丝的美剧《生活大爆炸》里，主角物理学家们的口中常常蹦出“拓扑绝缘体”的新名词，就引用了张首晟科研组的研究成果，对于非物理专业人而言，从这个侧面去了解他的科研影响力或许更为直观。不但在科研领域，张首晟在教学方面亦成绩斐然。二十多年来，他培养的学生已遍布美国各大名校，其中不乏来自中国的面孔，毕业于母校复旦大学的刘勤是张首晟门下唯一一名女生。让张首晟印象深刻的是一位在国内培养的“土博士”祁晓亮，他在斯坦福大学跟随张首晟做了一年的博士后研究以后，意外收到美国多所名校向他递出的橄榄枝，最后顺利留美成为一名“洋教授”。在张首晟日益精进的同时，中国也在发生着一日千里的变化。恢复公派留学生制度三十年后，国家面向海外延揽顶尖科研人才回国发展。许多当年从中国漂洋过海的优秀人才，在他乡开花结果以后，开始回流反哺故土。张首晟成为其中一员。现在，除了继续担任斯坦福教职以外，他还是清华大学高等研究院的一名教授，每年会在国内长待一段时间，从事科研并指导学生。他也常常回到母校复旦大学，在报告会上他说：“我希望我在有生之年，能够用自己的努力，使中国能够真正建成如世界第一流的像斯坦福这样的学校。” 阁楼上的孤独小孩、少年大学生、没有文凭的复旦人、杨振宁的得意门生、最年轻的斯坦福终身教授……，最让他骄傲的身份，或许只是简简单单三个字——科学家。多年后，红色声浪早已远去，阁楼依旧。当科学家张首晟翻出祖父张彝的毕业文凭时，不知是否会想起当初那个沉默寡言的少年，以及曾经在此汨汨流逝过的自由而无用的时光。原文链接：【人物】张首晟：从阁楼的孤独到科学的辉煌

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沉痛哀悼！复旦大学杰出校友张首晟逝世

时间：2018-12-10

作者：汪淑萍

来源：新闻文化网

复旦大学杰出校友，美国华裔科学家，斯坦福大学物理系、电子工程系和应用物理系终身教授张首晟于美国当地时间12月1日去世，享年55岁。2017年7月21日凌晨，张首晟及其团队在美国科学杂志上发表了一项重大发现：在整个物理学界历经80年的探索之后，他们终于发现了手性Majorana费米子的存在。这一发现，验证了由意大利理论物理学家Ettore Majorana在80年前提出的预测——存在一类没有反粒子的粒子。同时也证明了存在一种比量子还小的单位，这将对现在的量子理论带来巨大的改变。张首晟将这一新发现称为“天使粒子”。非专业人士可能暂时难以理解这一发现，但是对基础物理界来说，这或将开启一个新的时代。2016年12月17日，张首晟在第二届“复旦科技创新论坛”上作报告。当时，他这样开场：“今天我非常有幸回到复旦大学。刚才大家听了介绍，我也是改革开放之后第一届的学生。1978年的时候，我入学来到复旦。当年我才15岁，还没有读过高中，就来到了复旦大学，所以今天看到年轻的同学们，也是非常的感到亲切。我今天给大家做一个学术的报告，是讲电子的高速公路。”2016年12月，张首晟回母校参加复旦科技创新论坛师生校友沉痛悼念周桂发复旦大学退管会主任、档案馆原馆长惊悉有着浓厚复旦情节的校友张首晟先生突然离世，倍感惋惜。近些年与他的交往历历在目。我筹建校史馆时，得知2004年12月在物理学国际研讨会上，他向王生洪老校长展示他祖父宣统元年的毕业文凭。2005年5月，他将其祖父的毕业文凭捐赠给复旦大学，我和档案馆沈如松馆长接受捐赠。如今，这件珍贵的文物成为校史馆的镇馆之宝。七年后，2012年6月2日，他借来复旦参会的机会，将他多年来获得的重要证书（影印件）捐赠给复旦，并在影印件上一一签名。我与他座谈40多分钟，留下珍贵影像资料。如今斯人已逝，令我伤心不已。与他交往的点滴容我细细梳理，争取能把这位著名科学家与母校的情怀记录下来，再与大家分享。彭瑷莉高等学术研究院张首晟教授曾参加2016年复旦科技创新论坛，当时有幸接待他，零距离感受到张教授的风趣幽默与治学严谨，他非常支持论坛工作，并在大会作题为“电子高速公路：计算的量子飞跃”的报告，用生动的语言向我们展示什么是拓扑绝缘体。听到教授噩耗，我们高等学术研究院全体老师都非常难过，希望教授一路走好。从阁楼的孤独到科学的辉煌2005年，正值复旦大学百年校庆前夕，一位有心人向复旦校史馆捐赠了一份毕业文凭。文凭主人叫张彝，是当时复旦公学的第二届学生。这份签发于1909年的毕业证书是我国目前存世的最早大学毕业文凭。这位有心人叫张首晟，张彝是他的祖父，在祖父毕业近70年后的一个秋天，他也踏进了复旦园，成为张家的第二个复旦人。不久后，张首晟远涉重洋深造，在科研领域穷幽探微多年，如今凭借高质量的科研成果以及多项物理学重量级奖项，成为跻身大洋彼岸物理学界顶级俱乐部的华裔科学家。从复旦出发1978年9月，复旦大学物理系迎来了一个没有高中文凭的少年大学生。“初中时，在很封闭的情况下，我们都知道杨振宁、李政道获得诺贝尔奖，为中华民族争了一口气。大学时选择理论物理专业，就是冲着他们的榜样力量。”张首晟如是说。走进物理系，距离偶像又近了一步，不过当年的他或许没有想到，自己和偶像的缘分远不止如此。张首晟入学照复旦的时光是快乐的，对于阁楼上的少年来说尤其如此:“在初中的时候，由于喜欢读书，周围的人都不以为然，我一直感觉很孤单。来到复旦之后，大家都如饥似渴地读书，有了很多的好朋友。”张首晟说。那年，张首晟住在11号楼303室，一个寝室8个人，他的年纪最小。平日里看得最多的就是争分夺秒地读书，偶尔的课余生活也成忙碌的学生生活的美好点缀。班上有海外关系的同学陈捷弄到了进口彩色胶卷，这在当年是金贵无比的稀罕玩意，但他还是毫不吝啬地把它拿到学校和同学共享。这些彩色胶卷，留下了许多张首晟在复旦园里珍贵的青春影像，他和陈捷也结成了莫逆之交，每逢对方赴美，一定住他家里。大学第一个学期就这样愉快而匆匆地过去了。第二学期开始，一日，张首晟正在宿舍里自习，班主任突然上门，告知他将被选派前往德国柏林大学深造。张首晟高考成绩优异，在当时已被列入留德学生的内定人选。对张首晟来说，这个消息可谓天降喜讯。他对德国最初的印象，来自儿时啃过的那些哲学书籍，隐隐约约知道它是康德、黑格尔的祖国。“学了物理以后，发现教科书上重要的物理公式很多都是德国物理学家的贡献，去德国留学对我来说像做梦一样。”张首晟说。当年公派到德国的学生一律要在同济大学接受为期一年的德语培训。1980年，没有来得及拿到复旦文凭的张首晟，正式踏上了赴德之旅。镌刻着物理公式的墓碑张首晟到达西柏林时，戒备森严的柏林墙还高高耸立着。他所在的柏林自由大学是一部分老柏林大学出走的师生所创，与东柏林的老柏林大学（后称洪堡大学）遥相对应。这所位于冷战前哨的大学甫一成立，便以“真实，公平，自由”为校训，更把“自由”二字嵌入校名。在这样一所以自由著称的学校里就读，对于张首晟而言可谓如鱼得水。外面的世界很精彩，但他没有忘记自己的本分。柏林大学的学制为五年，不少人甚至花了七年才能毕业，但凭借着出色的学习能力和勤奋，年轻的张首晟花了三年时间就完成了学业。学习之余，他还花了不少时间深入了解德国乃至欧洲的人文历史。尽管学业顺利，但理论物理的前途较窄，一度让他对自己的未来感到迷惘。“本来我还挺有信心的，但同学之间的担忧对我产生了影响，1981年左右，我开始想到前途问题。”张首晟说。就在当年暑假，他踏上了德国颇为流行的搭便车之旅，借着免费的顺风车环绕了德国一周，这场如骑士一般的浪漫旅行对张首晟的人生选择产生了重要影响。一天，张首晟来到哥根廷大学附近的一片墓地。很多德国著名物理学家长眠于此，每个人的墓碑上，墓志铭都镌刻着其生前发现的一道重要公式。如Heisenberg的墓志铭是Heisenberg测不准原理的公式，Max Born是其对波函数概率的一个分析，Otto Hahn的墓碑上是一道核反应公式，张首晟被深深地震撼了：“一个朴素的墓碑，一个简单而普适的公式，这才是人生最高境界。从此之后，我决定要把自己毕生的精力贡献给物理学研究，特别是理论物理学的研究。”成为一名科学家的神圣感和人生意义此刻内化为一种使命，一种激励自己贡献终生的精神源头。物理公式是美丽的诗句在德国攻读学位期间，张首晟开始思索自己的学术方向。当时，在他看来，物理学的最高目标是将爱因斯坦揭示的宇宙四大力统一起来，杨振宁先生在这方面颇有建树，而他又是自己儿时的偶像，前往美国追随杨振宁先生从事统一场研究便成为他念兹在兹的目标。从柏林自由大学毕业后，张首晟被美国纽约州立大学石溪分校录取，如愿以偿成为了杨振宁先生的弟子。一入门，他就迫不及待地向老师阐述他的学术构想。出乎意料的是，杨振宁先生并不支持他从事统一场论或基本粒子物理研究，而是向他推荐了凝聚态物理。这时凝聚态物理还是一个方兴未艾的研究领域，杨振宁先生本人的研究方向也并不在此，老师的建议让张首晟大惑不解。多年以后，张首晟才明白了杨振宁先生当初的良苦用心：“一般来说老师总是希望学生能够发展自己的研究领域，杨振宁先生却建议我从事其他领域的研究，他真的很无私。今天看来，凝聚态物理在物理学领域中发展得最快，这体现了他三十年前精准的眼光。”而更让张首晟得益匪浅的是，这位有着诗人气质的科学家，带领着他领略到了不一般的科研境界：“他告诉我，诗歌追求的境界是用两句话将复杂的感情说清楚，科学也是追求用一个简单的公式去描写大自然的所有万千现象。艺术和科学是相通的，‘F=ma’、‘E=MC2’就是描写大自然的最美丽的诗句。”导师的话，激活了张首晟对于艺术的启蒙记忆。“为美所驱追求科学，真是一种最高的境界，杨振宁先生带领我进入的境界，在书本上是学不到的。”张首晟感慨。在物理系系庆报告会上，张首晟展望物理学发展的未来，觉得随着学科越来越专业化，隔行如隔山，而如要真正做出创新，科学家还需更高的视野。他举例说，牛顿发现万有引力，说明了三大力学定理，但当时理论物理根本没有这个名词，他那本奠定物理学基础的书叫Mathematical Principles of Natural Philosophy，这是历史上最成功的用数学语言来描写大自然，体现着无与伦比的的美。“因为在最高的境界上，科学跟艺术，科学跟美，主观、客观是统一在一起的。”在这一点上，张首晟颇得导师的精神。师傅领进门，修行在个人，从基本粒子物理突然转向凝聚态物理并非一件轻而易举之事，好学而刻苦的张首晟做成了。2017年情人节，张首晟写给太太余晓帆的诗歌斯坦福最年轻的终身教授1993年，张首晟进入斯坦福大学任教，不久后便头角峥嵘，成为该校最年轻的终身教授之一。2010年凭借“量子自旋霍尔效应”理论预言和在实验观测领域的开创性贡献，荣获欧洲物理奖，这是该奖项首次花落华裔科学家；2011年，因在物理学领域做出的卓越成就，荣膺美国艺术与科学院院士。2012年他先后获得凝聚态物理领域的最高荣誉Oliver Buckle奖和国际理论物理学领域最高奖“狄拉克奖”（Dirac Medal）。近年来俘获大批中国粉丝的美剧《生活大爆炸》里，主角物理学家们的口中常常蹦出“拓扑绝缘体”的新名词，就引用了张首晟科研组的研究成果，对于非物理专业人而言，从这个侧面去了解他的科研影响力或许更为直观。不但在科研领域，张首晟在教学方面亦成绩斐然。二十多年来，他培养的学生已遍布美国各大名校，其中不乏来自中国的面孔，毕业于母校复旦大学的刘勤是张首晟门下唯一一名女生。让张首晟印象深刻的是一位在国内培养的“土博士”祁晓亮，他在斯坦福大学跟随张首晟做了一年的博士后研究以后，意外收到美国多所名校向他递出的橄榄枝，最后顺利留美成为一名“洋教授”。在张首晟日益精进的同时，中国也在发生着一日千里的变化。恢复公派留学生制度三十年后，许多当年从中国漂洋过海的优秀人才，在他乡开花结果以后，开始回流反哺故土。张首晟成为其中一员。现在，除了继续担任斯坦福教职以外，他还是清华大学高等研究院的一名教授，每年会在国内长待一段时间，从事科研并指导学生。他也常常回到母校复旦大学，在报告会上他说：“我希望我在有生之年，能够用自己的努力，使中国能够真正建成如世界第一流的像斯坦福这样的学校。”2018年10月张首晟在上海滴水湖论坛期间与世界顶尖科学家在一起“阁楼上的孤独小孩”“少年大学生”“没有文凭的复旦人”“杨振宁的得意门生”“最年轻的斯坦福终身教授”……最让他骄傲的身份，或许只是简简单单三个字——科学家。 2018年6月斯坦福大学毕业典礼上，张首晟全家留影（原文节选自“复旦大学”微信公众号，复旦大学校友会供稿，原标题：《美国国家科学院院士张首晟：从阁楼的孤独到科学的辉煌》，有删改。）

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华裔物理学家、丹华资本创始人张首晟去世，如何评价他的成就和贡献？ - 知乎首页知乎知学堂发现等你来答切换模式登录/注册投资科研物理学家抑郁症华裔美国人华裔物理学家、丹华资本创始人张首晟去世，如何评价他的成就和贡献？中科院外籍院士、著名物理学家张首晟去世享年55岁新闻：美国华裔物理学家张首晟教授去世：终年55岁 [图片] [图片] 凤凰网科技报道张首晟跳楼去…显示全部关注者10,706被浏览10,880,095关注问题写回答邀请回答好问题 14124 条评论分享493 个回答默认排序方辰科研等 2 个话题下的优秀答主关注张首晟是我的博士导师胡江平的博士导师，也是我博士后阶段的合作导师之一Bogdan Andrei Bernevig的博士导师。虽然在学术上有这样的师承关系，但遗憾的是我跟张老师真正的接触很少，对他的了解也基本上局限在已发表的学术工作的基础上。在过去的七年中，我的研究领域就是“拓扑绝缘体理论”或者说从此衍生出来的“拓扑能带理论”。开创这个方向的一些重要工作，一般认为是在2005年前后，由宾夕法尼亚大学的Kane和Mele研究组，以及斯坦福大学的张老师的研究组分别独立完成的。（霍尔丹在1989年的工作是非常重要的前期工作，但我认为不能算是领域的开端。）因此说张老师是拓扑绝缘体的开创者之一，是没有争议的。凝聚态物理的工作者一定很清楚这个研究方向现在是多么的兴旺发达。从拓扑绝缘体和相关领域的研究中，走出了傅亮、祁晓亮、Bernevig等许多优秀的青年科学家。虽然有些人后来离开了这个方向，但是拓扑绝缘体给了包括我在内的很多年轻学者作为“第一桶金”的学术资本。同时许多相对senior的人，也因在这个新生的方向上做出的工作，得以在学术成就上更上一层楼，比如物理所的戴希、方忠，清华的薛其坤，普林斯顿的哈桑等人。一个具有生命力的新研究方向的诞生，在学术界的意义是特别重大的。不仅如上述成就了很多人，也给整个凝聚态领域都带来了新的语言和新的思路。现在我们明白了，能带中重要的不仅仅是色散关系，波函数也会给我们带来新的量子数；现在我们明白了，看到表面态就应该去想体态有没有可能具有非平凡的拓扑量子数；现在我们明白了，将对称性和拓扑在一起考虑，将刷新我们对于物质的相的分类和理解。这些新的认识，很多并不是张老师的直接贡献，甚至可能是在他的预料之外，但不容怀疑的是，他当年的工作对整个领域来说是具有启发性和革命性的。将来当我们都过世了，有人要去给21世纪的物理学盖棺论定的话，张老师的工作必将被写入。今天中午听闻噩耗，整个下午都感到有些恍惚。中国学理论物理的年轻人，没有几个不把张老师的学术成就暗中当作自己努力的目标的，然而这样的一个人……刚才出门买个饮料，回头看见黄昏下灯火通明的物理所大楼，我想着不知道这里面有多少人正在继续沿着他开创的这个方向前进和摸索，他们此刻的心情不知怎样。还在读书的同学们，如果你们的工作跟我一样是和拓扑材料有关的话，请你也记住张老师在其中所做的贡献。发布于 2018-12-06 19:07赞同 6548529 条评论分享收藏喜欢收起知乎用户量子自旋霍尔效应：不能用来造超级芯片今天本来该写Stanford的PS，结果早上上完课就看到老张离世的消息，很是唏嘘，毕竟刚刚过去的这个暑假里就在拿Bernevig-Hughs-Zhang model瞎JB算，申请列表里还躺着Hughs，谁又能想到今天这样呢。睡个午觉起来更加头疼，知乎上满屏飞的谣言，拿着胡说八道的备忘录和没名没姓的微信消息就开始蒙人，连什么在zhang和政府谈好在上海建超级芯片工厂每年投资三万亿都出来了，您当是造特斯拉呢？所以，我决定写个简短的文章告诉看见“量子”两个字就开始高潮的诸位网友，量子自旋霍尔效应还不能用来造超级芯片。一. 什么是量子自旋霍尔效应？第一个问题是，什么是量子自旋霍尔效应（Quantum Spin Hall，QSH）。这个时候一般应该放下面这张图，最简单的理解方法就是，对于一个QSH的材料（下图中），在没有外加磁场的情况下，存在着一对自旋极化的螺旋边界态(helical edge state)，这一对边界态的自旋和运行方向均相反。而对于大家熟知的量子霍尔效应（Quantum Hall Effect，下图左），同样存在着一对自123旋相反的边界态，但它们的绕行方向是相同的，因此称为手性边界态（chiral edge state）。The Complete Quantum Hall Trio. DOI: 10.1126/science.1237215量子自旋霍尔效应常常会和另外的一个名字联系起来，即拓扑绝缘体（Topological Insulator，TI）。实际上二维拓扑绝缘体和量子自旋霍尔效应基本上就是一个东西。拓扑绝缘体指的是有时间反演对称性的体系，自旋向上和自旋向下的量子态必定成对出现，则其体态的陈数（Chern Number）必定为零。我们可以进一步通过其 Z_2 不变量（简单理解就是自旋陈数模2）把这些体系分成两类：Z_2为0的为普通绝缘体，Z_2为1的是拓扑绝缘体。在拓扑绝缘体的和普通绝缘体（真空）的界面上存在着被时间反演对称性所保护的自旋-动量锁定的边界态。对于二维（即QSH），就是我们上面提到的螺旋边界态；对于三维（如 \rm Bi_2Se_3 家族），表面态是线性色散的狄拉克费米子。二维及三维拓扑绝缘体的表面态. Science 314, 5806 (2006); Phys. Rev. B 82, 045122(2010)二. 量子自旋霍尔效应是怎么来的：理论和实验这一节对非物理背景的同学可能比较困难，可以直接跳过。严格来说，老张并不是最早提出量子自旋霍尔效应的人。2005年的Kane和Mele就在石墨烯中引入自旋-轨道耦合（Spin-Orbit Coupling, SOC）效应，将狄拉克锥打开一个能隙并产生自旋极化的螺旋边界态。但是，由于石墨烯中的自旋轨道耦合太弱，仅为 10^{-3} \ \rm meV 量级，实验上的观测太过困难，所以并没有实际上的突破。2006年，张守晟、Bernevig及T. Hughs提出了BHZ model，提出在能带反转的HgTe/CdTe量子阱中可以存在量子自旋霍尔效应。具体来说，HgTe和CdTe的量子阱中，由于强自旋轨道耦合会发生能带劈裂，布里渊区中心附近的电子性质主要由电子带 \Gamma_6 和重空穴带 \Gamma_8 决定，而这两个带的能量E1和H1的相对关系由量子阱宽度有关，临界宽度是6.3nm。一旦能带反转，当空穴带高于电子带，就可以产生量子自旋霍尔态。实验上的突破发生在2007年，Molenkamp组在分子束外延生长（Molecular Beam Epitaxy, MBE）的具有不同宽度的HgCdTe/HgTe/HgCdTe量子阱中观察到了 G=2e^2/h 的量子化电导。这也就是目前各大媒体提到的那个07年的十大科学发现。不过作为一个做实验的，这里必须吐槽一句，这个图其实画的很鸡贼。仔细看看这里纵轴用的是对数坐标，因此黑色的那条trace比最重要的第四条的红色trace大了三个数量级，这时候把它画进同一张图，红色trace即使不怎么量子化也可以“看起来”很量子化。如果去掉这条trace的话，实际上数据质量是比较一般的。这个工作也有后续的一些质疑，比如直到9T时边缘态都没有被破坏，这和理论是不一致的。此后，2008年张守晟、刘朝星等人又继续提出，在InAs/GaSb量子阱体系中也可以存在自旋量子霍尔态。因为GaSb的价带顶比InAs的导带底还要高 150 \ \rm meV，因此在量子阱宽度较宽的时候，电子子带E1的能量就可以低于空穴子带H1的能量，发生和HgTe/CdTe量子阱类似的能带反转，出现QSH。北大/Rice的Ruirui Du组在这个领域有着一系列重要工作，并且在2011年证明了该体系中QSH态的存在。三. 量子自旋霍尔效应有什么用？因为沾上了“量子”二字，因此今天什么谣言都能出来，不就是和华为C某O同一天出事吗，怎么就共赴晚宴了？再比如下面这张我无力吐槽的莫名其妙的微信聊天截图，我估计编这段话的人是不是民科就是骗子。您知道三万亿人民币是多少钱吗？2017年中国军费预算是1.02万亿人民币，占全年GDP约1%，合着您张嘴就把三倍经费扔给一个实验室了？一段我不知道从何开始吐槽的谣言这一节，我们就来讨论一下量子自旋霍尔效应究竟有些什么应用。首先从量子自旋霍尔效应自身说起，它最显著的特征就是被时间反演对称性所保护的自旋-动量锁定的边界态。在这样的边界态中，单粒子弹性散射（背散射）是不会发生的，因为自旋向上的粒子在背散射后不能成为自旋向下的态。因此，很多人就跟着说可以利用这个边界态实现无耗散的传播，构造低功耗器件云云。但是，时间反演对称性保护仅能阻止单粒子弹性散射，却不能阻止单粒子非弹性散射或多粒子弹性散射的发生。实际上，在上面Molenkamp的实验数据就可以看出，当器件长度长过相干长度之后，边缘态电导就远远偏离了量子化的 2e^2/h 。那么它还有什么作用呢？还是宾大的Fu和Kane，在引领了拓扑绝缘体的一波潮流之后，于08年在三维拓扑绝缘体表面的Dirac费米子中引入了超导配对，顺利地从超导涡旋中诱导出了Majorana零能模（Zero Mode）。这个Majorana被广大科学家寄予厚望，可能被用于实现one-for-all的拓扑量子计算。关于Majorana的细节暂且留到下一节去讲，这里仅指出QSH+s-wave SC并不是一个好的研究Majorana的平台。例如，对InAs/GaSb体系，其体态相当地不绝缘，边缘态相干长度很短（ \sim 2\ \rm \mu m ），且QSH出现在样品表面之下几百nm处而非表面，因此实验上有很大困难。实际上，在最近几年百花齐放的Majorana潮流中，也没有QSH的身影。在有应力的GaInSb/InAs异质结中探测Majorana型激发的实验示意图四. 题外话：量子反常霍尔效应、Majorana和拓扑量子计算最后一节说一点和QSH无关的事情。关于Majorana，知乎上有很多讨论，已经有了很好的讨论，我这里不展开讲。简单来说，最初的二分量Majorana方程是由四分量Dirac方程加上粒子等于反粒子的条件导出的，一个Majorana Fermion可以视为半个电子。我们这里讨论的都是凝聚态中的Majorana型激发。前面我们说到，QSH+s-wave超导体可以诱导Majorana型激发，但是它有很多缺陷。事实是，条条大路通Majorana。例如，Das Sarma在Fu和Kane的工作的基础上做了改进，利用强自旋轨道耦合的半导体材料加上Zeeman场，再进行超导配对同样可以诱导出Majorana。12年荷兰的Kouwenhoven组拔得头筹，在InSb纳米线的一端观测到了零偏压电导峰（Zero Bias Peak, ZBP），被认为是Majorana的最主要证据之一。Science 25, May 2012, Vol. 336, Issue 6084, pp. 1003-1007另外一条通往Majorana之路和张守晟教授倒是很有关系。在讲它之前我们简单讲讲量子反常霍尔效应（Quantum Anomalous Hall, QAH）。之前的量子霍尔效应需要强磁场，那么不加磁场而利用自身的磁化能不能使它量子化呢？答案是可以的。这个工作是清华的薛其坤老师在13年做出来的，在Cr掺杂的 \rm (Bi,Sb)_2Te_3 中观察到了量子化的反常霍尔效应。量子反常霍尔效应有一条自旋极化的边界态。这里张守晟等人提了一个非常天才的想法：如下图所示，把这里电子的边界态拆成两个Majorana边界态，则上下边界应该共有四个Majorana；如果我们在这里引入超导近邻配对，破坏体系的规范对称性，则粒子数可以不再守恒，可以“模”掉一对Majorana，从而可以剩下一对手性边界态。去年刷屏的“天使粒子”就是加州大学洛杉矶分校的Kang L. Wang教授带领的研究组完成的相关实验工作。PHYSICAL REVIEW B 82, 184516 (2010)说了这么多，Majorana又有什么用呢？它最大的用途是实现拓扑量子计算。我们知道，量子计算最大的两个问题是退相干和纠错，而拓扑量子计算就企图一劳永逸地解决这一问题。它试图使用一些非阿贝尔（non-abelian）任意子进行“编织（Braiding）”操作，利用它的全局性质来保存信息，这样可以抗局部微扰，也不存在退相干的问题。我们这里讨论的Majorana任意子就是一类非阿贝尔的Ising任意子，虽然理论上已经证明光凭借Majorana不能实现Universal Quantum Computation，但这仍然是一个非常值得努力的方向。不过，目前这些东西是不是Majorana还是一个问题，离实际操作它们、实现拓扑量子计算还有茫茫长的路要走。写了这么多，读者可以很清晰地看出目前网上盛传的那些谣言都是多么地可笑。虽然和张教授只有一面之缘，但是读了他那么多重要的工作，对他还是相当尊敬的。虽然他的突然离世的具体原因现在还不能知晓，但我实在不希望全网都在用一种阴谋论的语气去讨论一位极为杰出的华人科学家的离去。水平有限，大家轻拍，引用和参考文献日后再列。题图用的是17年一月在清华听未来科学大奖的报告时拍到的唯一一张老张的照片。斯人已逝，又想起他在那个报告上对台下年轻人的一段激励：“年轻人应该要有勇气，去寻找那些谜一样的粒子”，Slides里写出的Higgs和Gravitional Wave已经被确认，Majorana正在被热烈的讨论，那么我们会有机会见到剩下的磁单极子、轴子和暗物质吗？只是老张再也没有机会亲眼见证它们了。编辑于 2018-12-06 22:03赞同 996108 条评论分享收藏喜欢

天才物理学家张首晟去世：他的贡献不止“天使粒子” - 知乎

天才物理学家张首晟去世：他的贡献不止“天使粒子” - 知乎首发于了不起的中国制造切换模式写文章登录/注册天才物理学家张首晟去世：他的贡献不止“天使粒子”了不起的中国制造土木工程等 2 个话题下的优秀答主国内的公众了解张首晟，是从“天使粒子”开始，实际上，他对物理学的更重要贡献其一是发现量子自旋霍尔效应，其二是找到拓扑绝缘体。出品 | 网易新闻作者 | 史文慧美国当地时间12月1日，著名华裔物理学家、斯坦福大学终身教授张首晟去世，享年55岁。根据家人发布的讣告，张首晟此前一直在与抑郁症作斗争。消息传来时，没有人愿意相信，许多他的同行甚至觉得这一定是个恶作剧，是最不可能的消息。张首晟家人发布的讣告截图张首晟究竟是谁？他做出过哪些贡献？接下来，我们通过简单梳理，带大家了解这位杰出的华人物理学家。“天使粒子”的发现让他进入公众视线在小说《天使与魔鬼》中，美国作家丹·布朗创造了一种对称字体，这种字正着看、倒着看都能成字，并且是同一个单词。小说《天使与魔鬼》中出现的对称字自然界中也存在着类似对称字这样属性的基本粒子，科学家们把这样的粒子称作马约拉那费米子，它还有一个更为公众所熟知的名字——“天使粒子”，张首晟正是这一名字的提出者。马约拉那费米子是基本粒子之一，所谓基本粒子就是构成物质的最小、最基本单位。物理学家们认为，基本粒子可以分为费米子和玻色子两大类，其中费米子构成物质并且通过交换玻色子发生相互作用。另外，物理学家们还认为，费米子和玻色子存在着对称性，所有的费米子都存在着反粒子。举个例子，我们在中学时学到过，电子都带有负电，而后来物理学家们发现，自然界中同时还存在着一种粒子，其质量跟电子相等，但身上带的却是正电，物理学家把这种带正电的电子叫做正电子，而电子和正电子就互为反粒子。那么，有没有一种粒子，它的反粒子就是它本身呢？1937年，意大利物理学家马约拉那首先提出了这样的猜想，于是这种粒子就被命名为马约拉那费米子了。然而，80多年过去，科学家一直没有找到这种传说中的粒子。直到2017年7月，何庆林、张首晟等多位华人科学家合作的论文发表，论文介绍了他们共同“发现”马约拉那费米子的研究成果，这里的“发现”之所以要加引号，是因为本次的发现并不是直接观察到，而是他们实验中观测到的现象似乎只能用这种准粒子才解释得通。作为论文通讯作者之一的张首晟率先向国内媒体介绍了这一成果，于是，伴随着新闻的刷屏式传播，张首晟本人也进入了公众的视野。张首晟给他们“发现”的这种粒子起名为“天使粒子”，灵感正是来源于我们刚才提到的小说《天使与魔鬼》，因为小说中描述了一种蕴含巨大能量的物质——反物质，当正反物质相遇时会瞬间湮灭，释放出的能量极具毁灭性。科学家们研究反物质原本是为了揭开宇宙起源的秘密（天使的一面），却不曾想到它会被用来毁灭地球（魔鬼的一面）。而张首晟认为，在他们“发现”的马约拉那费米子的“量子世界”中，只有天使，没有魔鬼，所以是“天使粒子”。不过，这次成果的第一作者何庆林以及另外一位主导该研究的华人科学家在接受媒体采访时表示，马约拉那费米子的正反同体更类似于中国道家的阴阳八卦图，因此叫“太极粒子”更贴切。围绕“天使粒子”名字的讨论曾经在国内的凝聚态物理圈如火如荼。抛开粒子名字的分歧不说，发现马约拉那费米子究竟有什么意义呢？在前面我们对周其林院士的采访中（文章链接：周其林院士：中国原创性成果少，最根本原因是科学素养缺失）提到过，自然界存在着类似我们左右手的一种现象，组成、结构相同却表现出完全不同，甚至截然相反的特性和功能，这种现象叫做手性。张首晟等人发现的马约拉那费米子正是这样一种手性粒子。这种手性可以简单理解为这种粒子只沿一个方向运动，可以用来实现低能耗的信息传输和处理。目前制造量子计算机面临的最大障碍就是量子比特信息容易被环境噪音干扰，而如果每个量子比特信息用两个相距很远的“天使粒子”存储，那么背景噪音就不可能对它们造成破坏，它们携带的信息也不会丢失，所以，马约拉那费米子是制造量子计算机的完美选择。他对凝聚态物理学的两大重要贡献发现“天使粒子”只是张首晟学术成就的冰山一角，他在凝聚态物理方面真正的贡献，最主要的有两点，其一是发现量子自旋霍尔效应，其二是找到拓扑绝缘体。在之前对薛其坤院士的采访中（文章链接：薛其坤院士：中国科研正从整体追赶向部分引领过渡），薛院士介绍了量子的反常霍尔效应，那么什么是量子自旋霍尔效应呢？它和量子反常霍尔效应又有何区别？张首晟在接受媒体采访时曾这样描述自己的这项发现：“总的来讲，我们发现了一个新的电子运动规律。电子运动本来是杂乱无章的，但现在我们能让电子的运动就像高速路上的汽车一样，分成不同的车道，各行其道，互不干扰。简单的说，就是使得电子的运动更有效率，而且不会消耗很多的能量”。2007年，张首晟团队提出的“量子自旋霍尔效应”被《科学》杂志评为2007年“全球十大重要科学突破”之一。张首晟发现的量子自旋霍尔效应，跟薛院士介绍的量子霍尔效应有共通之处，但又不完全相同，二者最大的区别在于，量子自旋霍尔效应不需要外加磁场。说完了量子自旋霍尔效应，那么什么又是拓扑绝缘体呢？绝缘体我们应该都比较熟悉，它们是一类不容易导电的物质。而拓扑，则是一种非常抽象的数学原理。这二者合成的一个词，究竟是什么意思呢？这其实是一种非常特别的量子特征的新物质状态，和传统意义上的“金属”与“绝缘体”不同，它是一种内部绝缘、界面导电的材料。这是近年来在凝聚态物理领域的一个热门研究方向，有物理学家在接受媒体采访时表示，拓扑绝缘体领域的一个特点是理论引导实验，之前也有一些物理学家在做，但真正意义上的理论引导实验，是张首晟和他的团队最先开始做的。2014年，由于在拓扑绝缘体领域的开创性贡献，张首晟与两位科学家一起分享了2014年度的“富兰克林物理奖”，富兰克林物理奖每年颁发一次，授予物理学及技术领域中作出卓越贡献的人士。此前，张首晟在美国纽约州立大学石溪分校的研究生导师、著名物理学家杨振宁曾获得过这一奖章。人生中唯一的不完美大概是还没拿到诺贝尔奖张首晟二十岁便师从杨振宁，并听从杨的建议开始从事凝聚态物理方面的研究，欧洲物理奖、美国物理学会巴克莱奖、国际理论物理学中心狄拉克奖、尤里基础物理学奖、富兰克林奖章……除了诺贝尔物理学奖，物理学界所有重量级奖项他基本上都拿过了。在杨振宁眼里，张首晟是接下来最有可能得诺贝尔奖的华人。除了事业上如日中天，张首晟的家庭生活同样十分美满。他的妻子与他是青梅竹马，他的子女也都十分优秀，儿子在哈佛学物理，女儿刚刚进入斯坦福就读。回顾其一生，张首晟堪称是现实里人生赢家中的人生赢家。然而，正是这样一位人人钦羡的科学家，却这样离开了，也许正如一位科研圈里的朋友所说，“上帝不愿意被人发现太多秘密，于是把最有可能破解某些秘密的人收走了”。R.I.P.作为世界上认知度最高的标签，中国制造（Made in China）正寻求战略升级。「了不起的中国制造」专栏，力邀行业权威、资深玩家，呈现他们眼中的中国创新之路。投稿请联系newsresearch_ntes@163.com，稿件一经刊用，将提供千字800元的稿酬。欢迎关注《了不起的中国制造》官方微博欢迎关注《了不起的中国制造》网易号编辑| 史文慧编辑于 2018-12-07 12:17科学人物物理学赞同 328 条评论分享喜欢收藏申请转载文章被以下专栏收录了不起的中国制造从未停

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