无需外部磁体的量子超级高速公路:薛其坤领跑诺贝尔物理学奖2026预测

编辑者: Svitlana Velhush

在中国实验室里,一种掺入磁性原子的拓扑绝缘体超薄薄膜将理论预言变成了现实。这里的电子沿着材料边缘运动,仿佛行驶在一条完美的高速公路上,不会以热量的形式损失能量。正是这项2013年由薛其坤领导的团队完成的实验,被Clarivate列为2026年诺贝尔物理学奖的主要热门候选之一。

普通的量子霍尔效应需要强大的外部磁场,才能让电子在边缘无阻力地“起舞”。而反常版本则无需它:材料内部的磁有序本身就会创造出所需条件。由此产生的是与整数成正比的量子化电导——这一现象此前被认为在没有巨型磁体的实验室条件下几乎无法实现。

薛其坤及其同事生长出原子级厚度的薄膜,其中自旋轨道相互作用与磁性杂质共同催生了拓扑相。测量结果显示,在无需外部磁场的情况下就已出现特征性的电阻平台。这不仅仅是漂亮的物理:该效应为能耗仅为现有器件几分之一的电子器件开辟了道路。

想象一下这样一部智能手机或服务器中心:电流几乎无损耗地流动。这类材料有望成为超高效存储器和逻辑元件的基础,从而降低发热和电费。薛其坤的工作为那些此前只存在于纸面上的构想提供了实验证实,并激励了全世界数百项后续研究。

Clarivate指出,自2002年以来,其名单中已有89位科学家获得了诺贝尔奖。该预测并不保证今年就会获奖——该奖项常常姗姗来迟——但它强调:薛其坤的发现已经改变了人们对如何在没有外部“拐杖”的情况下操控物质量子态的认识。

如果奖项恰好颁给他,这将不仅是对一项实验的认可,更是对整个方向——拓扑电子学——的认可,它有能力颠覆未来器件的能耗格局。

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