張守晟

張守晟

張首晟,漢族,於1978年在沒有讀過高中的情況下,直接考入復旦大學,一年後,他又赴柏林大學留學攻讀碩士學位。1983年,張首晟獲得柏林自由大學物理碩士學位。同年,美國紐約州立大學石溪分校,師從楊振寧教授攻讀物理學獲博士學位。1987年,他獲得博士學位。同年,他進入加州大學的SantaBarbara分校從事博士後研究。1989年底,他結束了博士後研究,與妻子曉帆一起到了SanJose的IBM繼續從事科學研究工作。1993年,張首晟被史丹福大學物理系聘為副教授。1995年,年僅三十二歲的張首晟以他出色的研究能力獲得了史丹福大學物理系正教授的位置。

  • 中文名稱
    張守晟
  • 個人成就
    成為史丹福大學物理系正教授等
  • 考入大學時間
    1978年
  • 推導線性方程
    大統一場理論
  • 新理論研究
    量子自鏇霍爾效應
  • 妻    子
    曉帆

理論簡介

華裔教授張首晟領導團隊提出"量子自鏇霍爾效應"新理論研究,被納入《科學》雜誌2007重大科學發現之一。(美國《世界日報》)

據美國《世界日報》報導,權威雜誌《科學》選出2007年重大科學突破發現(Breakthrough of the Year),第一名為"人類基因多樣性"(Human Genetic Variation)。由史丹福大學物理系華裔教授張首晟(Shoucheng Zhang)領導團隊提出"量子自鏇霍爾效應"(Quantum Spin Hall Effect)新概念發現,則與其它九項科學發現並列第二。此亦為唯一華裔領導的研究計畫項目。

業界普遍認為,摩爾定律(Moore's Law)將於2015年時,因為計算機晶片過熱問題而失效,學術界一直進行研究,是否有其它創新方法或概念改變而持續定律。張首晟領導的研究團隊提出"量子自鏇霍爾效應",由合作夥伴、德國Wurzburg大學實驗室小組進行實驗,確認量子自鏇霍爾效應利用電子的自鏇性質、電流在邊緣流,創造新電路而不會產生太多熱能。

幾年前開始,張首晟便與團隊自系統出發,在半導體系統材料不變,而改變原理情況下,可留下過去20幾年的半導體產業投資,僅在更換不同材料下重新開始投資,在半導體系統找到新的工作原理。

他指出,除了業界,學術界也不斷思考,特別是從物理學來說,如何能改善晶片設計過程。學術界有急迫使命感如何用其它技術或概念取代CMOS,"量子自鏇霍爾效應獲選為2007年全球重大科學發現之一,是項榮譽,研究團隊受到鼓舞"。

量子自鏇霍爾效應由張首晟領導的研究團隊提出預估理論,再由德國Wurzburg大學實驗室小組進行實驗。擁有紐約州立大學石溪分校博士、為諾貝爾獎得主楊振寧的得意門生的張首晟說,目前新理論套用正值第二步的實驗室,也是重要階段,未來可能直接套用在工業界晶片製造過程。

這項研究計畫獲得美國能源部與國家科學基金會基金支持,因為是華人,張首晟也多了與亞洲的聯繫。他透露,量子自鏇霍爾效應是新科技研究發向,未來將有機會與中國大陸、台灣與香港地區的學術機構合作發展。

研究理論

長期以來,世界物理學界希望有一天能建立一個可解釋所有自然界現象的"大統一場理論"。這一構想最早是由愛因斯坦提出的。當時,不少科學家認為這個構想純屬異想天開,但也有許多科學家多年來一直致力於這項理論的研究。

美國史丹福大學華裔科學家張首晟教授和他的學生胡江平所開展的研究工作,為建立"大統一場理論"提出了一個新方向,這很可能找到一種方法,使表面上看去互不相容的量子力學和廣義相對論相互統一起來。張首晟的有關研究成果刊登在將於10月26日出版的《科學》雜誌上。

為進一步了解張首晟的研究成果,記者通過電話採訪了遠在美國西海岸的張首晟。

張首晟介紹說,他是從固體物理的量子霍爾效應出發,來解決"大統一場理論"問題的。量子霍爾效應發生在二維空間,他利用量子液體模型將量子霍爾效應擴大到4維空間。

愛因斯坦的狹義相對論是解釋電磁力的,而愛因斯坦的廣義相對論是解釋引力的。張首晟告訴記者:"此前已有人完成將量子力學與狹義相對論相互統一研究。我們的研究工作是將量子力學同廣義相對論相互統一起來。"為做到這一點,張首晟同他的同事從量子力學出發進行推導。

在愛因斯坦廣義相對論中的引力方程有兩部分:一是線性方程,二是非線性方程。目前,張首晟等人已推導出線性方程,下一步若推導出非線性方程,則意味著"大功告成",即將現代物理學的三大支柱---量子力學、狹義相對論和廣義相對論統一起來,從而建立起"大統一場理論"。但張首晟強調說:"要推導出非線性方程,還是會遇到很多預料不到的困難,特別是一些數學問題。"

記者問:"許多科學家都在努力進行這一研究工作,但這又是十分困難的工作,你什么時候想到做這一理論研究工作的?"

張首晟回答說:"我目前是清華大學長江計畫的訪問學者,去年7月回到清華大學講課,並開辦了一個學習班以邀請優秀科學家來講學。就在學習班期間,我想起要完成這件有趣的研究工作。"

張首晟教授的主要研究領域包括高溫超導、量子霍爾效應、自鏇電子學、強關聯電子系統等,他的代表性工作為高溫超導的SO(5) 理論、4維量子霍爾效應、室溫無耗散自鏇流等等,在國際相關研究領域裡有較大的影響,迄今為止,他在Science雜誌上發表學術論文3篇,在Phys. Rev. Lett. 雜誌上發表學術論文40餘篇,其論文被他人引用3000 多次。

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