“拓?fù)潆娮討B(tài)的發(fā)現(xiàn)和研究，不僅深刻地改變了人們對物態(tài)的認(rèn)識，而且為低能耗電子器件等變革性技術(shù)的發(fā)展帶來無限可能。”中國科學(xué)院院士方忠在接受記者采訪時介紹，國際上拓?fù)潆娮討B(tài)的相關(guān)研究已經(jīng)三次獲得諾貝爾物理學(xué)獎。
6月24日，拓?fù)潆娮討B(tài)研究領(lǐng)域再次成為焦點。以方忠等人為主要完成人的中國科學(xué)院物理研究所團(tuán)隊因“拓?fù)潆娮硬牧嫌嬎泐A(yù)測”獲得國家自然科學(xué)獎一等獎。
搞清楚這項研究前，先說說什么是“拓?fù)?rdquo;。拓?fù)鋵W(xué)是數(shù)學(xué)的一個分支，主要研究幾何圖形在連續(xù)形變下保持不變的屬性。
“比如，揉面團(tuán)時，無論揉成球形，還是橢球形，面團(tuán)外表面一直都在經(jīng)歷連續(xù)形變，但面團(tuán)外表面所包裹的孔洞數(shù)目一直都是0。這個在連續(xù)形變下保持不變的孔洞數(shù)目，就是面團(tuán)外表面的一個拓?fù)鋵傩浴?rdquo;方忠形象地說。
同樣，拓?fù)潆娮硬牧暇哂性谶B續(xù)形變下保持不變的拓?fù)浞€(wěn)定性，不會因為擠壓形變而改變電子分布的拓?fù)涮匦浴?span style="display:none">pyw速刷資訊——每天刷點最新資訊，了解這個世界多一點SUSHUAPOS.COM
“拓?fù)潆娮硬牧系淖畲筇攸c是具有受到拓?fù)浔Ｗo(hù)的邊界導(dǎo)電態(tài)，而且該導(dǎo)電態(tài)具備動量-自旋鎖定的特性，因此在開發(fā)低能耗、高主頻、高容錯的自旋電子器件方面具有潛在的應(yīng)用價值。”方忠說。
事實上，方忠團(tuán)隊對拓?fù)潆娮硬牧系难芯浚钤缈梢宰匪莸?003年。“當(dāng)時我剛剛從國外回到中國科學(xué)院物理研究所工作。那時，我在工作中發(fā)現(xiàn)，鐵磁體中電子態(tài)形成的磁單極，貢獻(xiàn)了內(nèi)稟的反常霍爾效應(yīng)。”方忠回憶。
2010年，方忠等人提出了實現(xiàn)量子反常霍爾效應(yīng)的材料體系和具體方案；2013年，國際上多個實驗團(tuán)隊在他們提出的材料體系中精準(zhǔn)地觀測到了量子反常霍爾效應(yīng)，證實了理論預(yù)言。
談起這些年的拓?fù)潆娮討B(tài)研究歷程，方忠感慨道：“俗話說，會者不難，難者不會。從‘不會’到‘會’需要長期積累、堅持不懈。在此基礎(chǔ)上做出發(fā)現(xiàn)還需要一點點運氣和靈感。”
2013年，方忠團(tuán)隊在研究拓?fù)浣^緣體五碲化鋯時，提出了分別用鉭（Ta）和砷（As）對其進(jìn)行電子和空穴雙摻雜的設(shè)想。但隨后，團(tuán)隊在與實驗合作者討論時意識到，Ta和As可能會形成穩(wěn)定的相。于是，團(tuán)隊檢索到化合物砷化鉭（TaAs），并注意到它有一些獨特的物理性質(zhì)。最終經(jīng)過計算分析確認(rèn)，TaAs就是他們一直在尋找的非磁性外爾半金屬。
“我至今還記得那一天，團(tuán)隊成員翁紅明通過郵件將這個好消息告訴了我。我當(dāng)時立刻用手機回復(fù)了‘非常棒’！大家都很興奮。”方忠說，計算成果一經(jīng)發(fā)布，就引起了實驗驗證外爾費米子的激烈競爭，TaAs成為世界上首個經(jīng)實驗確認(rèn)的外爾半金屬。
這一成果被英國物理學(xué)會評為《物理世界》2015年十大突破，也被美國物理學(xué)會評為2015年《物理》八大亮點工作等。2018年，該成果被美國物理學(xué)會選入《物理評論》系列期刊創(chuàng)刊125周年紀(jì)念文集，成為入選的49項重要研究中唯一來自中國的工作。
當(dāng)前，拓?fù)湫挛飸B(tài)、新材料和新現(xiàn)象研究呈井噴式爆發(fā)，拓?fù)洳牧象w系不斷涌現(xiàn)。拓?fù)潆娮討B(tài)的概念也被迅速推廣到其他領(lǐng)域，產(chǎn)生了拓?fù)涔庾泳w、拓?fù)渎曌泳w、拓?fù)渎暡ǖ取?span style="display:none">pyw速刷資訊——每天刷點最新資訊，了解這個世界多一點SUSHUAPOS.COM
“拓?fù)鋺B(tài)是認(rèn)識物質(zhì)世界的全新視角，我相信拓?fù)鋾r代的黎明即將到來。”方忠說。面向未來，方忠團(tuán)隊的研究重點方向之一是基于拓?fù)洳牧蠑?shù)據(jù)庫，著重研究具有應(yīng)用前景的拓?fù)洳牧虾屯負(fù)淞孔有?yīng)，包括磁性拓?fù)鋺B(tài)、手性費米子、拓?fù)錈犭姷龋瑫r還要發(fā)展相關(guān)的材料和物性計算能力、制備和表征測量的實驗設(shè)備等，推動拓?fù)潆娮悠骷膭?chuàng)新和應(yīng)用。
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6月24日，拓?fù)潆娮討B(tài)研究領(lǐng)域再次成為焦點。以方忠等人為主要完成人的中國科學(xué)院物理研究所團(tuán)隊因“拓?fù)潆娮硬牧嫌嬎泐A(yù)測”獲得國家自然科學(xué)獎一等獎。
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“比如，揉面團(tuán)時，無論揉成球形，還是橢球形，面團(tuán)外表面一直都在經(jīng)歷連續(xù)形變，但面團(tuán)外表面所包裹的孔洞數(shù)目一直都是0。這個在連續(xù)形變下保持不變的孔洞數(shù)目，就是面團(tuán)外表面的一個拓?fù)鋵傩浴?rdquo;方忠形象地說。
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當(dāng)前，拓?fù)湫挛飸B(tài)、新材料和新現(xiàn)象研究呈井噴式爆發(fā)，拓?fù)洳牧象w系不斷涌現(xiàn)。拓?fù)潆娮討B(tài)的概念也被迅速推廣到其他領(lǐng)域，產(chǎn)生了拓?fù)涔庾泳w、拓?fù)渎曌泳w、拓?fù)渎暡ǖ取?span style="display:none">pyw速刷資訊——每天刷點最新資訊，了解這個世界多一點SUSHUAPOS.COM
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