斯坦福大学发文:张首晟教授去世出人意料 深感

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  作为斯坦福大学教授,同时也是该大学的物理学教授,“他的逝世对他的家人,他在大学的同事和他的领域都是一种损失。”

  摘要:张首晟是一位罕见的理论家,他全身心关注于物质的新量子态对实验和未来技术的抽象概念的含义。

  张首晟(以下简称为张)、J.G.Jackson和C.J.Wood三位物理学教授研究了许多相互作用电子的量子物理学,发表了对新现象和异物状态的预测。张首晟教授于12月1日去世,享年55岁。

  “我们很遗憾地得知张的逝世,他是一位杰出的物理学家,他做出了巨大的科学贡献,”作为斯坦福大学教授,同时也是该大学的物理学教授,“他的逝世对他的家人,他在大学的同事和他的领域都是一种损失。”

  根据张的家人的说法,张首晟的离世是出人意料的,并伴随着“与抑郁症的斗争”。斯坦福大学理论物理研究所物理学教授、张的前任顾问史蒂芬基韦尔森说:“我失去了一位亲爱的朋友,他对新经历的热情和对所有学科、学术的热爱与他的悲惨结局是不可调和的。”

  斯坦福副教务长兼研究院院长凯瑟琳安·莫勒回忆起张对于从新材料和量子引力到人工智能的一切的“非凡的创造力”和广泛的智慧,同时他还对张在物理学的数学美和在现实世界中实施抽象概念的具体细节深表赞赏。

  “我们中的许多人都渴望实现这两者,”莫勒说。“首晟不仅有这种愿望,而且还一次又一次地将它付诸实践。”

  作为一名研究者,张研究了超重力,但后来把注意力转移到分数量子霍尔效应所呈现的问题,因为他觉得在他有生之年,后者通过实验证实的可能性更大。

  1982年首次发现分数量子霍尔效应是一种物理现象,当冷却到超低温并暴露在强磁场中时,它会导致某些超导材料薄带电阻的异常变化。

  1988年,张与纽约州立大学的Kivelson和Hans Hansson合作,推出了拓扑量子场理论,捕捉到了分数量子霍尔效应的物理特性。“有一天,张来访,他说,看看我发现了什么。然后,他勾勒出了这个理论的基本概念,这些分数量子的所有神秘特征恰好落在你的预测范围内,“基韦尔森说。“这不是物理学通常的工作方式。你通常会把事情当作奴隶。但是那天张的想法非常专注,非常完美。“

  第二年,与IBM的Dung-Hai Lee和Kivelson合作,张应用这种场理论方法对量子霍尔系统的全局性质进行了大量预测,包括预测它们应作为绝缘体和金属在某些条件下。

  对张而言,科学对自然界作出可预测的能力是一件奇妙的事情。“理论所能发挥的最辉煌的作用就是预测,”张曾说过。“它揭示了我们理解的程度。”

  张有能力做出重要而成功的预测。“他对科学很有品味——非常了解什么是有趣的,什么不是,以及背后的原因,”莫勒说。

  2005年,张的团队与宾夕法尼亚大学的另一个团队共同提出了一种新的物质状态,称为量子自旋霍尔绝缘体,其中电流只沿边缘流动,并沿由电子的量子自旋态所决定的方向流动。具有相同自旋的电子一起沿同一方向运动,而具有相反自旋的电子则沿相反方向运动。

  第二年,张的小组首次预测如何通过堆叠碲化汞和碲化镉层来制造量子自旋霍尔绝缘体。这一预测很快被实验证实,引发了全球范围内的一系列研究。值得注意的是,当电流通过传统的半导体材料时,拓扑绝缘体不渗透功率作为热量耗散的过程。张认为,这一特性有朝一日可能被利用来扩展摩尔定律,制造更小更强大的计算机芯片。

  “现在,在传统半导体内部,就像你在一个拥挤的市场中拥有一辆法拉利。它不断撞击周围的环境,因此它耗尽了所有能量,”张曾解释说。“但拓扑绝缘体没有碰撞。它们就像电子的高速公路系统。”

  张在2017年再次证明了理论的力量,当时他的团队帮助发现了“马约拉纳费米子”(Majorana fermion)的一些最令人信服的证据。马约拉纳费米子在1937年被预测,但是它存在的确凿证据在80年里一直难以捉摸。张的团队不仅预测了马约拉纳费米子可以在哪种类型的材料中发现,而且预测了它的实验特征。这两种预测都由加州大学洛杉矶分校的实验人员证实,结果发表在了《科学》杂志上。

  张认为马约拉纳费米子可用于构建不受环境噪声影响的强大量子计算机,并且在最近几个月他主张在斯坦福创建一个专门研究拓扑物理和量子信息的新中心。张被定为第一任负责人。

  “该中心是首晟人生工作的高潮,”莫勒说。“他认为这是支持下一代将继续这项工作的科学家的方式。”

  在他的个人生活中,张是一位充满爱心的丈夫和父亲,与家人共度美好时光。“在我们一起度过家庭假期时,他喜欢带我们去世界上最美丽的自然景观,与我们分享我们访问过的每个地区的古代历史故事,并鼓励我们最新的想法和兴趣,”张的家人说。

  据张的妻子和孩子说,这首诗表达了张的生命使命,即无限探索和发现美。“由于他希望通过科学研究见证上帝的荣耀,他为整个世界带来了一种充满好奇心的感染精神”。

  张于1983年毕业于柏林自由大学,获得物理学学士学位。1987年,他获得纽约州立大学石溪分校的博士学位。他是加州大学圣巴巴拉分校理论物理研究所的博士后研究员,也是加利福尼亚州圣何塞市IBM Almaden研究中心的研究人员,1993年加入斯坦福大学担任教授。张还预约了在斯坦福大学材料与能源科学研究所(SIMES)、斯坦福大学和SLAC国家加速器实验室之间的合作。

  张是美国国家科学院院士,美国艺术与科学院院士,中国科学院外籍院士。他在职业生涯中获得了无数奖项,包括2012年的奥利弗巴克利奖和迪拉克奖奖章以及2015年的本杰明富兰克林物理奖章。

  张过世后,身后留下了妻子芭芭拉(Barbara)、两个孩子史蒂芬妮(Stephanie)和布莱恩(Brian),以及儿媳Ruth Fong。