近日，2026年度的“引文桂冠奖”名单正式公布。中国科学院院士、南方科技大学校长、清华大学教授薛其坤以其在量子反常霍尔效应实验上的重要贡献，赢得了物理学奖。这是中国内地科学家第二次获得这个被誉为“诺贝尔奖风向标”的奖项。自2002年设立以来，该奖项已有89位得主后来荣获诺贝尔奖，证明了其在科学界的权威性。
薛其坤的发现虽然听上去相当复杂，但其潜在影响却极为直接，可能彻底改变你未来的智能手机和计算机体验。或许你曾经体验过手机过热、电脑风扇轰鸣、玩游戏时卡顿等烦恼，这些问题均源于一个共同的原因：电子在芯片中传输时不断碰撞。薛其坤曾生动地解释过这个现象，电子在导体中有序流动以形成电流，但在此过程中，它们却频繁相撞，这种碰撞导致电阻，从而引发能量损失和热量产生。想象一下，在拥挤的农贸市场中，人们推搡着行走，频繁的碰撞让人疲惫不堪，发热便是这种摩擦增加的直接结果。
物理学家们早有发现，存在一种条件使电子“安静”地流动。在极强磁场和极低温度的条件下，电子会变得“守规矩”，它们仅在材料的边缘形成单向通道，类似于高速公路上的车道，各自保持秩序，遇到杂质能够自动避让，这就是量子霍尔效应。如果能在芯片中实现这一效应，电子将几乎不再碰撞，能耗会大幅降低，芯片便不会发热。然而，这一技术面临难题，因为实现量子霍尔效应需要巨大的外加磁场，而用于产生这种磁场的设备通常笨重且昂贵，无法简单地融入手机中。 MK体育
由此，物理学家们提出一个大胆的猜想：能否找到一种材料，自身具备磁性而不依赖外磁场，实现量子霍尔效应？这一猜想被称为量子反常霍尔效应。“反常”一词源自1880年霍尔发现的反常霍尔效应，当时他发现在没有外加磁场的情况下，某些磁性材料也能产生霍尔电压。而量子反常霍尔效应则是这一现象的量子层面展现。
自2009年起，薛其坤携清华大学、中科院物理所和斯坦福大学的联合团队，开始积极探索这一领域。他们采用分子束外延技术，一层一层“生长”出一种特殊的薄膜，该薄膜同时具有铁磁性、绝缘性和拓扑特性。经过四年的努力，团队测试了超过千种样品。薛其坤表示：“要将不确定性变为确定性，必须穷尽所有可能，不能遗漏任何细节。”2012年10月12日深夜，团队成员常翠祖发来激动人心的消息：“薛老师，量子反常霍尔效应实验成功了，等待详细测量。”这一成就意味着，反常霍尔效应自1880年以来首次在实验中实现量子化。
与此同时，在杭州的西湖大学，徐水钢教授及其团队也在潜心研发。他们将重点放在菱方多层石墨烯莫尔超晶格中，通过实验观察到了高陈数量子反常霍尔效应，并实现了对量子反常霍尔态的手性原位操控。两家研究团队的探索路径存在明显区别，徐水钢用一句话精炼地阐释了这一点：“磁性来源不同。”薛其坤团队的研究中，磁性来自掺入的磁性原子，而石墨烯则不含任何磁性元素，其磁性通过电子的自发“抱团”形成。 MK体育
此外，电子在这两种材料中的“行车道”数量也有所不同。在传统材料中，电子仅能走一条单一的“车道”，导致陈数受限为1，然而在石墨烯系统中，陈数可以从1无限制地调节到5甚至更高。简单来说，薛其坤的团队已经证明了“这条路是通的”，而西湖大学的团队则是在探索“如何将这条路拓展成多车道高速公路”。石墨烯方案的另一个独特优势在于其“可调性”，在传统材料中，电子的行驶路径在材料生长时就已确定，而在石墨烯系统中，仅需调节电压，便能改变电子的行进方向甚至“车道数”。这种可调特性是未来制造可重构的电子器件的关键。
自2012年首次实验观察量子反常霍尔效应以来，已过去14年，但其真正应用于手机的日子还远未到来。徐水钢坦然承认：“说实话，距离实现还有相当大的挑战。”其中最大的问题在于温度的限制。最初，该效应只能在接近绝对零度的低温下被观察到，需要复杂而昂贵的稀释制冷机来维持，后来在石墨烯体系中，温度提高至2K左右，常规冷却设备即可应对，但与液氮温度（77K）相比依然差距显著，更不谈室温环境。若要真正实现应用，科学家们很可能必须寻找全新的材料体系，而非在现有框架上进行小范围的改进。
此外，科学家们还希望发现更为奇特的量子态——分数量子反常霍尔效应，这一发现有望为可容错拓扑量子计算铺路。然而，目前尚不清楚何种材料系统能够实现这一目标。引文桂冠奖被誉为“诺贝尔奖风向标”的原因在于其评选标准基于论文的被引用次数——一个研究成果被广泛引用，证明其可靠性。89位引文桂冠奖得主曾获诺贝尔奖的比例也彰显了这一奖项的权威性。值得一提的是，薛其坤是第二位获得此奖的中国内地科学家，前不久，中国科学院院士张涛因在单原子催化领域的创新突破入选该奖，两位杰出科学家连续两年荣登榜单，堪称中国科研的光辉时刻。量子反常霍尔效应未来的走向，令人期待。 MK体育
