专访2015年富兰克林奖得主张首晟教授

2014年11月04日报道

2015年度“富兰克林奖章”（Franklin medal）授予美籍华裔理论物理学家、斯坦福大学张首晟教授和另外两位美国科学家，奖励他们在拓扑绝缘体领域的开创性贡献。由于张教授在基础物理学领域有非常重要的原创性工作，因此还是“诺贝尔物理奖”的热门人选。

富兰克林奖章于1914年由塞缪尔·英萨尔设立，奖品是一枚金质奖章，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。历史上，一些如雷贯耳的大科学家、大发明家都获得过此殊荣，比如爱迪生、特斯拉、居里夫人、爱因斯坦、霍金和杨振宁等等。

在张教授获奖之际，我们非常有幸对他进行了专访。他表示，能获得富兰克林奖章感到非常荣幸，因为这个奖项也是他心目中的偶像和英雄曾经获得过的荣誉。当谈及是否对诺贝尔奖有所期待时，他表示，诺贝尔奖是可遇而不可求的，新发现降临时的兴奋心情才是对科学家的最大奖励。此外，我们还就一些专业性的问题进行了提问，张教授都做了详细解释。可以看出，物理学定律的简洁优美是吸引他不断前进的内在动力。

记者：我们知道，之前你已获得过物理学界的众多荣誉，包括欧洲物理奖、奥利弗•巴克利奖、狄拉克奖以及物理前沿奖等国际顶级奖项。富兰克林奖章与之前的这些奖项相比，对你来说有什么不一样的特殊意义？

张首晟：我对能够获得富兰克林奖章感到极大的荣幸，因为这是我首次和偶像爱因斯坦获得的共同奖项。本杰明·富兰克林也是我心目中的伟大英雄，他是一位非常伟大的科学家、发明家、商人、慈善家和政治家，也是美国的开国元勋之一。我渴望以他为榜样，除了科学本身以外，还能够更多为社会做出贡献。

记者：鉴于你对基础物理学有非常重要的原创贡献，一个普遍的看法是：你获“诺贝尔物理奖”只是个时间问题。你自己怎么看？

张首晟：我认为诺贝尔奖是可遇而不可求的。对于一名科学家来说，新发现降临的那一刻才是最大的奖励。

记者：你在凝聚态物理，尤其是在“拓扑绝缘体”的研究方面做出了卓越的工作，给大家通俗地介绍一下什么是“拓扑绝缘体”以及这种物态具备什么样的奇妙性质吧？

张首晟：拓扑绝缘体是一种全新的量子物态，它的内部与普通绝缘体一样，也是绝缘的，但在其边界存在导电的边缘态，这样的导电边缘态是稳定存在的，不同自旋电子的运动方向是相反的，这是它区别于普通绝缘体的独特性质。

记者：拓扑绝缘体表面的电阻率能低到什么程度？能否达到超导体的零电阻状态？

张首晟：在常规半导体中，电子受随机散射的影响而损失能量，犹如运行在拥挤道路上的汽车。而在拓扑绝缘体中，电子就像运行在高速公路上的汽车，相反方向的运动在空间上是分离的，只要电子在拓扑绝缘体线路内运动就不会有电阻，与普通材料连接的时候才会有一些电阻。

记者：目前，拓扑绝缘体有实用化的案例吗？在哪些领域有潜在的应用？

张首晟：很多国家已经在大力对拓扑绝缘体进行投资了。拓扑绝缘体能够用来制造消耗能量很少的半导体芯片，这也意味着将来手机能够待机更长时间。拓扑绝缘体还能够用来从废热中获得电能，帮助人类解决能源危机。

记者：2013年4月10日，由清华大学物理系和中科院物理研究所联合组成的实验团队宣布，他们从实验上首次观测到“量子反常霍尔效应”，被杨振宁先生评价为“诺贝尔奖级”的成就！这项工作的最重要意义是什么？

张首晟：这是中国首先做出的一个非常重要的实验发现，它必将进入未来的凝聚态物理教科书。

记者：我们知道，统一自然界中的四种基本的相互作用（引力、电磁力、弱力和强力）一直是物理学界追求的圣杯。据了解，你在这方面也做过很多工作，能给大家介绍一下吗？

张首晟：爱因斯坦的最大梦想是统一自然界中所有基本相互作用力。虽然我在凝聚态物理领域工作，但是“万有理论”（Theory of everything）也是我的梦想，希望将来能够为此做出贡献。

记者：你为什么选择物理学作为毕生追求的事业？物理学不同于其它学科的魅力在什么地方？

张首晟：我认为物理学是所有自然科学中最基本的学科。我们试图把物质分割成最小的单元，再从中了解万物是如何从这些最基本单元构建而成的。物理学非常优美，是描绘自然的诗篇。在诗歌中，我们试图用简单的语言抒发复杂的情感，在物理学中，像E=MC^2这样的方程式就可以描绘从极小尺度的原子到极大尺度的宇宙，这真是美极了！