数理科学奖

高质量拓扑绝缘体的外延生长和量子现象研究


  项目《高质量拓扑绝缘体薄膜的外延生长和量子现象研究》获得陈嘉庚数理科学奖,该成果在实验上验证了三维拓扑绝缘体薄膜中受时间反演对称性保护的拓扑表面态的存在及其二维无质量的狄拉克费米体系的特性。

  拓扑绝缘体是一类体电子态为绝缘体而表面电子态为导体的材料,有望成为未来自旋电子学和量子计算器件的基础。获奖项目组成员在三维拓扑绝缘体薄膜的外延生长和电子结构研究方面取得一系列进展:在国际上首次建立了在不同单晶衬底上高质量拓扑绝缘体薄膜的分子束外延生长动力学,为理论预言的量子反常霍尔效应、巨热电效应和激子凝聚等效应的研究提供了物质基础;观察到薄膜表面电子在原子台阶和杂质附近散射形成的驻波以及表面金属态的朗道量子化,证明了受时间反演对称性保护的拓扑绝缘体表面态的存在及其二维无质量的狄拉克费米体系的特性;观察到不随磁场变化的零级朗道能级,这意味着拓扑绝缘体中存在着半整数量子化霍耳效应;观察到拓扑绝缘体薄膜两个表面上的拓扑态可以发生耦合,从而使得原来无能隙的表面态打开一个能隙,这对发展新的自旋电子器件具有指导意义。这些工作极大地推动了拓扑绝缘体领域的研究,在国际上受到广泛的关注,使中国成为目前世界上进行拓扑绝缘体研究的最有影响力的中心之一。


获奖人介绍:

  薛其坤:物理学家。出生于1963年,1994年在中国科学院物理研究所获得博士学位,1994年至1999年在日本东北大学金属材料研究所任助手,1996年至1997年在美国北卡莱罗纳州立大学物理系任访问助理教授,1999年至2007年任中科院物理所研究员,1999年至2005年任表面物理国家重点实验室主任,2005年起任清华大学物理系教授,2010年起任清华大学理学院院长、物理系主任,2011年起任低维量子物理国家重点实验室主任。1997年获得国家杰出青年科学基金,1998年入选中科院“百人计划”,2005年受聘为教育部长江特聘教授,2005年当选中国科学院院士,2005年和2011年两度获得国家自然科学二等奖,2006年获得何梁何利基金科学与进步奖,2011年获得发展中国家科学院物理奖,2011年获得“求是”杰出科技成就集体奖。研究领域是实验凝聚态物理。主要学术贡献包括:原子尺度上低维量子结构的可控生长、高能量分辨率扫描隧道谱学的发展、拓扑绝缘体的MBE生长和特性研究、铁基超导体的MBE生长和特性研究等。研究成果分别入选2010年和2011年中国高等学校十大科技进展及2010年中国科学十大进展。发表学术论文300余篇,其中Science 2篇,Nature系列5篇,PNAS 1篇,PRL 28篇。文章被引用4700余次。在重要国际会议做邀请报告70余次,其中包括4次美国物理学会年会邀请报告。

  陈曦:出生于1970年,1993年本科毕业于清华大学物理系,2004年于美国Cornell大学物理系获博士学位,2006年起在清华大学物理系任助理教授,2010起任教授。2010年获国家杰出青年科学基金。2011年获国家自然科学二等奖和求是杰出科技成就集体奖。研究成果分别入选2010年中国高等学校十大科技进展和中国科学十大进展,以及2011年中国高等学校十大科技进展。研究领域是实验凝聚态物理。近期主要学术贡献包括:利用扫描隧道显微镜进行单自旋探测、发现单原子层薄膜的超导电性、发现拓扑绝缘体表面态中背散射缺失的实验证据、拓扑绝缘体表面态朗道量子化的观测、FeSe超导体能隙节点和二重对称性的观测、发现KFe2Se2超导体中的相分离等。

  马旭村:1971年11月出生,1992年7月北京大学化学系本科毕业,1997年7月中科院盐湖所化学硕士毕业,2000年7月中科院物理所凝聚态物理博士毕业。2000年至2002年在德国马普学会微结构物理研究所做博士后研究。2003年至今在中科院物理所表面物理国家重点实验室工作,现任中科院物理所研究员。曾获得2005年度和2011年度中国科学院杰出科技成就集体奖、2008年北京市科学技术一等奖、2010年国家杰出青年基金、2011年求是杰出科技成就集体奖、2011年国家自然科学二等奖(两项)。主要从事拓扑绝缘体和低维纳米结构的控制生长、量子效应与性能关系研究。