6月24日，2024年度國家科學專業獎在京揭曉，共評選出250個項目。此中，中國科學院物理研究所方忠團隊的拓撲電子材料算計預計項目，獲得了國家天然科學一等獎。
國家天然科學一等獎是中國天然科學領域的最高獎項，第一次頒發是在1956年，華羅庚、吳文俊和錢學森3位科學家獲獎。這一獎項評選台灣運彩下注指南尺度嚴格，曾多次空白，備受矚目。
本年獲得這一殊榮的，是中國科學院物理研究所所長、中國科學院院士方忠團隊。長期以來，該團隊著重于凝結態物質中新奇量子現象的算計與理論研究。
方忠試著用揉面團舉例，給記者辯白自己研究的到底是什麼。揉面團時，面團的外外觀就在履歷持續形變，在這個形變過程中，外外觀包裹的孔洞數量是0，沒有變更。但若是要做面包圈，就要撕破面團并重新粘連，做成一個圈。這時面包圈外觀包裹的孔洞數是1，揉、壓這個面包圈，孔洞數還是維持1，不會變化。
在持續形變下維持不變的這個孔洞數量，便是一個拓撲屬性，可以用來描述和分辨這兩種差異的曲面，被稱為拓撲不變量。方忠說。閉合曲面的撕裂和黏合，會使得拓撲不變量發作變化，這便台灣運彩app更新是拓撲相變。
用方忠的話說，要了解一個幾何圖形的拓撲特性，僅僅抽出一小塊區域來研究是不行的，需要進行整體的全局研究。這跟人們通常熟悉的物質不一樣，比如，從一大塊冰中敲出一小塊，只研究這一小塊也仍然是冰，且是固態的。可是，從面包圈和面團上各挖出一小塊來，盡管這兩個局部小塊看起來是一模一樣的，可是它們原先母體的拓撲性質是完全不一樣的。
數學是描述大天然的最好的語言。拓撲，這麼一個有趣的語言，描述的便是我們研究的拓撲電子材料。方忠說。科學家把那些電子分布狀態具有非零拓撲不變量的固體材料，稱之為拓撲電子材料。這樣的拓撲電子材料極度有意思。
據方忠回憶，自己對拓撲電子材料的研究，最早可以追溯到2024年。那時，他剛到物理所工作，發明了鐵磁體中電子態形成的磁單極，功勞了內稟異常霍爾效應。2024年，國際上拓撲絕緣體研究開始興起。方忠和理論物理學家戴希一同關注到這個領域，并開始合作研究拓撲電子材料。2024年，團隊通過算計，預計Bi2Se3、Bi2Te3和Sb2Te3等是三維拓撲絕緣體，隨后與實驗合作進行了驗證。2024年，該團隊提出了通過Cr或Fe等磁性摻雜Bi2Se3族拓撲絕緣體薄膜來實現量子異常霍爾效應的具體方案。
2024年，翁紅明從日本返國，參加我的團隊。王志俊那時是我們的研究生。到2024年，內地外很多實驗小組依照我們提出的方案，在這些材料體系中實現了量子異常霍爾效應。這個工作我們的學生余睿也介入了。于是我們5個人的團隊，開始了拓撲電子材料的合作研究。方忠說。
在這條研究之路上，團隊連續不斷遭遇新的挑戰。2024年，團隊提出了鐵磁性Hg2CrSe4可能是沒有時間反演對稱的外爾半金屬。可惜的是，這樣的磁性體系具有復雜的磁構型和磁疇，實驗表征極度難題，至今也沒能得到實驗證實。
在方忠看來，研究想要出成績，需線上買運彩要長期積累、反復和堅定。在這個根基上，做動身現還需要一點點命運和靈感。
他從自己開始研究鐵磁金屬中的磁單極和內稟異常霍爾效應開始算計，20長年來，最早他甚至無知道什麼樣的材料能夠知足研究目標的苛刻前提。2024年，團隊勝利設計了磁性拓撲絕緣體，才終于實現了量子異常霍爾效應。
正是這些年復一年的摸索和積累，團隊一步一步對調控電子能帶的拓撲結構有了豐富的經驗和深刻的認知。他們在這個領域作出的主要發明之一，是勝利算計預計TaAs家屬材料是拓撲外爾半金屬。
2024年，方忠團隊在研究拓撲絕緣體ZrTe5的時候，提出了對其進行電子和空穴雙摻雜的設想，差別可以用Ta和As這兩個元素的原子。但隨后，團隊跟實驗合作者商量，意識到Ta和As可能會形成不亂的相，隨后檢索到TaAs這個化合物，并注意到它有一些獨特的性。
于是我們就開始仔細算計TaAs的電子結構，途經解析初步確定，TaAs便是我們一直在尋找的非磁性的外爾半金屬。方忠說。
他一直記得那一天，團隊成員翁紅明發了一封郵件給他，大家都極度激動。
方忠快速用手機回復：極度好！
這一算計發明被整理成論文，于2024年年底在arXiv網站公然發表。在TaAs固體中觀察到了外爾費米子的行為，被以為是解散了對外爾費米子近86年的搜尋。
當前，拓撲新物態、新材料和新現象研究展示井噴式爆發，多種拓撲材料體系連續不斷涌現，已發展成為與傳統的對稱破缺理論描述的物態比擬肩的全新領域。拓撲電子態的概念，也被趕快推廣到其他領域，產生了拓撲光子晶體、拓撲聲子晶體、拓撲電路、拓撲聲波等。拓撲電子能帶結構可能催生新一代的性能材料。
方忠提到，未來團隊的研究重點方位之一是基于拓撲材料數據庫，著重研究具有應用前景的拓撲材料和拓撲量子效應，包含有磁性拓撲態、手性費米子、拓撲熱電、拓撲磁化、拓撲光電、拓撲催化等，同時要發展相關的材料和物性算計才幹、制備和表征丈量的實驗設施等，推動拓撲電子器件的創造和應用。
我相信拓撲電子態研究的大門剛剛打開，拓撲時代的黎明即將到來。方忠說。
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國家天然科學一等獎是中國天然科學領域的最高獎項，第一次頒發是在1956年，華羅庚、吳文俊和錢學森3位科學家獲獎。這一獎項評選尺度嚴格，曾多次空白，備受矚目。
本年獲得這一殊榮的，是中國科學院物理研究所所長、中國科學院院士方忠團隊。長期以來，該團隊著重于凝結態物質中新奇量子現象的算計與理論研究。
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據方忠回憶，自己對拓撲電子材料的研究，最早可以追溯到2024年。那時，他剛到物理所工作，發明了鐵磁體中電子態形成的磁單極，功勞了內稟異常霍爾效應。2024年，國際上拓撲絕緣體研究開始興起。方忠和理論物理學家戴希一同關注到這個領域，并開始合作研究拓撲電子材料。2024年，團隊通過算計，預計Bi2Se3、Bi2Te3和Sb2Te3等是三維拓撲絕緣體，隨后與實驗合作進行了驗證。2024年，該團隊提出了通過Cr或Fe等磁性摻雜Bi2Se3族拓撲絕緣體薄膜來實現量子異常霍爾效應的具體方案。
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