10月25日上昼，2023年国度最高科学本领奖得主、中国科学院院士、南边科技大学校长、清华大学物理学西宾、WLA大学校长询查与合作委员会独创成员薛其坤西宾在2024寰球顶尖科学家论坛开幕式上校园春色，以《材料与科学发现》为题申报物理和材料限制的最新发达。

[室温超导体不错被发现]

“在物理学方面的发现，将成为材料诞生方面的驱能源。”薛其坤西宾先从温度初始讲起。

无人不晓，温度有两个估计体系——摄氏温度、开氏温度；0度，也就是水的结冰点，特地于273.15开氏度。液氮的沸点是-196度，比室温低好多；液氮4的沸点-269度，液氮3沸点-272.85度。不同的液氮，制备的老本亦然不同的。普通液氮和水的价钱接近，1升液氮约莫50好意思分；1升液氨4约莫需要50好意思金，1升液氮3约莫需要4000好意思金。“要是使用液氮3来降温，老本是很高的，探究经费要十分充分。”薛其坤说。

在1911年，超导表象被初度描摹出来。科学家偶而地发现，将汞冷却到－268.98℃时，汞的电阻一霎隐没，也就是说，水银在4.2开氏温度的环境下干涉了一种新气象，由于它的稀薄导电性能，不错称为超导态。

相干探究一直在合手续中，从1911-1986年，有千千万万的材料诞生。要发生超导表象，至少要有23开氏度，这关于室温来说是很低的要求。在1986年校园春色，探究东说念主员在酮酸盐的材料方面发现了超导表象，也就是在77开氏度的环境下，这比之前的温度高好多，因此人人嗅觉超导表象的应用一下近了不少。

哪种材料符合终了室温超导？这恰是当今团员态物理学中十分进军的探究标的。在2006-2010年，一支德国团队和吉林大学合作发现，在高压气象下，不错在250开氏度环境下终了超导，这高于寰球上最冷方位的温度。

这一发现使人人有信心了：室温超导体是不错终了的，要是真能找到这种材料，咱们将身处电影《阿凡达》描摹中的未下寰球。咱们有能够诓骗室温超导体的才气，诚然可能要花20年以致更久的时候。要是能找到，不仅不错大大加深关于材料科学、物理学的意志，也有十分要紧的应用远景。薛其坤西宾例如，比如，超高速列车通过磁悬浮本领来悬浮，以致不错用室温超导材料把建筑物很泛泛地诓骗悬浮神气进行移动。除了德国团队在作念这方面的探究，咱们每天齐要对元素周期表搜索枯肠地进行相干探究。但愿能模拟仿真高压本领，通过把两个不相似的材料造成扼制的结构，唐突能产生高压的要求，这种扼制结构唐突能带来室温超导体。

[物理与材料学互动，远景可期]

另外一个进军的探究即是量子霍尔效应在半导体中的应用。1879年，金属中的霍尔效应被发现；100年之后，1980年，德国科学家发现了“整数目子霍尔效应”；1982年，好意思国科学家崔琦和施特默发现“分数目子霍尔效应”，这两项后果均获取诺贝尔物理学奖。量子霍尔效应是所有凝合态物理限制中最进军、最基本的量子效应之一。因此，量子霍尔效应和具体的材料并不相干，而是背后有很稀薄的物理机制。

量子霍尔效应的应用远景相配普通。咱们使用策动机的时候，会遭受策动机发烧、能量损耗、速率变慢等问题。这是因为常态下的芯片中，电子绽放莫得特定的轨说念，会互相碰撞从而发生能量损耗。而量子霍尔效应则不错为电子的绽放制定一定的划定，让它们在各自的跑说念上“一往无前”地前进。好比一辆高等跑车，常态下是在拥堵的农贸市集向前进，而在量子霍尔效应下，则不错在高速路向前进。可是，量子霍尔效应的产生需要相配强的磁场。为了一台策动机的量子霍尔效应，特地于需外加10个策动机大的磁铁，不但体积强大，况兼价钱华贵，不符合个东说念主电脑和便携式策动机。

那么，有莫得不需要外加磁场的量子霍尔效应，即“量子反常霍尔效应”？它与已知的量子霍尔效应具有统共不同的物理实质，是一种全新的量子效应；但它的终了也愈加贫寒，需要精确的材料缱绻、制备与调控。

2006年，好意思国斯坦福大学张首晟西宾交流的表面构成效地预言了二维拓扑绝缘体中的量子自旋霍尔效应，并于2008年指出了在磁性掺杂的拓扑绝缘体中终了量子反常霍尔效应的新标的。2010年，我国表面物理学家方忠、戴希等与张首晟西宾合作，提倡磁性掺杂的三维拓扑绝缘体有可能是终了量子化反常霍尔效应的最好体系。这个决策引起了海外学术界的普通体恤。德国、好意思国、日本等国有多个寰球一流的探究团队沿着这个念念路在实际上寻找量子反常霍尔效应，但一直莫得取得蹂躏。从2006年头始，由清华大学薛其坤院士领衔，清华大学、中科院物理所和斯坦福大学探究东说念主员集会构成的团队，过程近4年的探究，滋长测量了1000多个样品。最终，他们诓骗分子束外延门径，滋长出了高质地的拓扑绝缘体磁性薄膜，并在极低温输运测量安装上成效不雅测到了量子反常霍尔效应。这一探究后果于2013年发表于好意思国《科学》杂志。《科学》杂志的评审作出评价：“这篇著作截至了对量子反常霍尔效应多年的探寻，这是一项里程碑式的责任。”诺贝尔物理学奖得主、清华大学高等探究院名誉院长杨振宁西宾说，这是“诺贝尔奖级的发现”。

异日，物理学有好多限制值得探究校园春色，其中“量子策动”是一个十分令东说念主向往的标的。基于超导的量子策动能否终了？基于拓扑材料的拓扑量子策动能否终了？……需要好多时候和科研，需要白首穷经的辛苦。薛其坤示意，往常40年中，凝合态物理学的许多逾越齐针对新材料的诞生和组合，而这种逾越对东说念主类社会，尤其是信息科学的发展，产生了深刻影响。他强调，物理学和材料科学的跨学科合作，是十分有远景的，会不停鼓动异日科学的逾越。