高質量拓撲絕緣體的外延生長和量子現象研究

項目《高質量拓撲絕緣體薄膜的外延生長和量子現象研究》獲得陳嘉庚數理科學獎，該成果在實驗上驗證了三維拓撲絕緣體薄膜中受時間反演對稱性保護的拓撲表面態的存在及其二維無質量的狄拉克費米體系的特性。

拓撲絕緣體是一類體電子態為絕緣體而表面電子態為導體的材料，有望成為未來自旋電子學和量子計算器件的基礎。獲獎項目組成員在三維拓撲絕緣體薄膜的外延生長和電子結構研究方面取得一系列進展：在國際上首次建立了在不同單晶襯底上高質量拓撲絕緣體薄膜的分子束外延生長動力學，為理論預言的量子反?；魻栃?、巨熱電效應和激子凝聚等效應的研究提供了物質基礎；觀察到薄膜表面電子在原子臺階和雜質附近散射形成的駐波以及表面金屬態的朗道量子化，證明了受時間反演對稱性保護的拓撲絕緣體表面態的存在及其二維無質量的狄拉克費米體系的特性；觀察到不隨磁場變化的零級朗道能級，這意味著拓撲絕緣體中存在著半整數量子化霍耳效應；觀察到拓撲絕緣體薄膜兩個表面上的拓撲態可以發生耦合，從而使得原來無能隙的表面態打開一個能隙，這對發展新的自旋電子器件具有指導意義。這些工作極大地推動了拓撲絕緣體領域的研究，在國際上受到廣泛的關注，使中國成為目前世界上進行拓撲絕緣體研究的最有影響力的中心之一。


獲獎人介紹：

　　薛其坤：物理學家。出生于1963年，1994年在中國科學院物理研究所獲得博士學位，1994年至1999年在日本東北大學金屬材料研究所任助手，1996年至1997年在美國北卡萊羅納州立大學物理系任訪問助理教授，1999年至2007年任中科院物理所研究員，1999年至2005年任表面物理國家重點實驗室主任，2005年起任清華大學物理系教授，2010年起任清華大學理學院院長、物理系主任，2011年起任低維量子物理國家重點實驗室主任。1997年獲得國家杰出青年科學基金，1998年入選中科院“百人計劃”，2005年受聘為教育部長江特聘教授，2005年當選中國科學院院士，2005年和2011年兩度獲得國家自然科學二等獎，2006年獲得何梁何利基金科學與進步獎，2011年獲得發展中國家科學院物理獎，2011年獲得“求是”杰出科技成就集體獎。研究領域是實驗凝聚態物理。主要學術貢獻包括：原子尺度上低維量子結構的可控生長、高能量分辨率掃描隧道譜學的發展、拓撲絕緣體的MBE生長和特性研究、鐵基超導體的MBE生長和特性研究等。研究成果分別入選2010年和2011年中國高等學校十大科技進展及2010年中國科學十大進展。發表學術論文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。在重要國際會議做邀請報告70余次，其中包括4次美國物理學會年會邀請報告。

　　陳曦：出生于1970年，1993年本科畢業于清華大學物理系，2004年于美國Cornell大學物理系獲博士學位，2006年起在清華大學物理系任助理教授，2010起任教授。2010年獲國家杰出青年科學基金。2011年獲國家自然科學二等獎和求是杰出科技成就集體獎。研究成果分別入選2010年中國高等學校十大科技進展和中國科學十大進展，以及2011年中國高等學校十大科技進展。研究領域是實驗凝聚態物理。近期主要學術貢獻包括：利用掃描隧道顯微鏡進行單自旋探測、發現單原子層薄膜的超導電性、發現拓撲絕緣體表面態中背散射缺失的實驗證據、拓撲絕緣體表面態朗道量子化的觀測、FeSe超導體能隙節點和二重對稱性的觀測、發現KFe2Se2超導體中的相分離等。

　　馬旭村：1971年11月出生，1992年7月北京大學化學系本科畢業，1997年7月中科院鹽湖所化學碩士畢業，2000年7月中科院物理所凝聚態物理博士畢業。2000年至2002年在德國馬普學會微結構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國家重點實驗室工作，現任中科院物理所研究員。曾獲得2005年度和2011年度中國科學院杰出科技成就集體獎、2008年北京市科學技術一等獎、2010年國家杰出青年基金、2011年求是杰出科技成就集體獎、2011年國家自然科學二等獎（兩項）。主要從事拓撲絕緣體和低維納米結構的控制生長、量子效應與性能關系研究。