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反常量子霍尔效应论文发表

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反常量子霍尔效应论文发表

首先,天使粒子在学术上的称谓是“手性马约拉纳费米子”,不过,与一般的电子或者质子不同的是, 华裔科学家张首晟等实验组发现的“天使粒子”本质上不是一个真的粒子,而是一种在凝聚态物理中出现的“准粒子”。这有点像什么呢?如果说真的粒子是“股票”,那么准粒子有点像“股指期货”——那是一种抽象的金融衍生品。

那么,这次张首晟他们发现的手性马约拉纳费米子为什么取了一个名字叫“天使粒子”呢?这个我 给大家来分析解读一下,不一定对,毕竟我不是张首晟老师,他到底怎么想的我只能靠猜靠分析了:

首先,是因为这个手性马约拉纳费米子是很特殊的,从粒子物理的dirac方程可以看出来,一般的粒子都是既有正粒子又有反粒子,比如电子与正电子不是同一种粒子,而是两种粒子——这就好像我们的手掌,既有左手又有右手,左手不等于右手。但是,这次发现的手性马约拉纳费米子的特点是正粒子就是反粒子,也就是说,这个粒子就好像一种外星人,只有一只手——你说是左手还是右手?所以,按照西方人的思维习惯,一般用“天使与魔鬼”来比喻,那么现在是天使与魔鬼集成在同一个粒子身上了,因此被取名叫天使粒子。

其次,是因为2012年发现一个重要的基本粒子,那就是希格斯粒子,希格斯粒子被称为上帝粒子。现在,也许为了与上帝对应,突出其发现的重要性,所以取名“天使粒子”。

还有,张首晟是著名的天使投资人,丹华资本就是他主管的。天使这个词汇对他来说应该是最亲切的。

最后,有可能是因为物理学家马约拉纳本身就是一个折翼的天使——死得早,年轻的时候就失踪了,成为物理学的谜,这个粒子本来就叫做“手性马约拉纳费米子”嘛。

正负、阴阳、善恶……这个世界仿佛充满正反对立。英国物理学家保罗·狄拉克1928年预言,每一个基本粒子都有对应的反粒子。几年后,科学家在宇宙射线中发现了电子的反粒子正电子,验证了这一预言。1937年,意大利物理学家埃托雷·马约拉纳预言,自然界中可能存在一类特殊的粒子,它们的反粒子就是自身,这种正反同体的粒子被称为马约拉纳费米子。

不过,马约拉纳费米子存在的证据一直未被发现,它和中微子、希格斯—玻色子等一起,成为理论早有预言但长期无法验证的粒子。如今,张首晟团队终于找到了它存在的证据。

在寻找“天使粒子”的过程中,张首晟领导的理论团队预言了通过怎样的实验平台能够找到马约拉纳费米子,哪些实验信号能够作为证据;加利福尼亚大学洛杉矶分校的何庆林、王康隆以及欧文分校的夏晶领导的实验团队与理论团队密切合作,在实验中发现了被称为手性马约拉纳费米子的一类最基本马约拉纳费米子。中国的复旦大学和上海 科技 大学对实验也有贡献。

按照理论团队预言,研究人员搭建了一个将普通超导体薄膜置于量子反常霍尔效应薄膜(即磁性拓扑绝缘体)之上的混合器件。施加低强度外磁场后,研究人员测量到了半整数量子平台,这成为手性马约拉纳费米子存在的实验证据。

张首晟解释说,在以往的量子反常霍尔效应实验中,随着调节外磁场,会出现整数量子平台。这是通常的粒子行为。马约拉纳费米子没有反粒子,相当于半个传统粒子,因此当把普通超导体置于量子反常霍尔效应薄膜之上时,在通常的整数量子平台之外,会新出现半整数量子平台。

由4位华人科学家领衔的科研团队终于找到了正反同体的“天使粒子”——马约拉那费米子,从而结束了国际物理学界对这一神秘粒子长达80年的漫长追寻。

相关论文发表在今天出版的《科学》杂志上。该成果由加利福尼亚大学洛杉矶分校王康隆课题组和美国斯坦福大学教授张首晟课题组、上海 科技 大学寇煦丰课题组等多个团队共同完成,通讯作者为何庆林、寇煦丰、张首晟、王康隆,均为华人科学家。

今天,科学杂志发表了张首晟教授及其合作者的一篇论文。这个工作体现了理论与实验的很好结合。张老师是此项工作的理论负责人,实验团队根据张老师的理论方案,在二维反常量子霍尔效应绝缘体(即磁性拓扑绝缘体)与超导体的一维界面,发现导电性质表明电子的集体行为表现出马约拉纳费米子的行为。

归根到底,这是固体材料中的电子的行为。但是,大量电子在固体的环境(原子核阵列以及外部条件比如磁场所形成的复杂势能)以及它们自己之间的相互作用下,可以简洁地用所谓“准粒子”来描述,也就是说这里的大量电子的表现就像在最低能量的状态基础上,激发出大量“准粒子”。为了强调这些“准粒子”是在新的层次上演生出来,而它们在其所在的环境中就类似我们的宇宙中的基本粒子,我们还可以称它们为“演生粒子”。

现在,张老师及其合作者在某个特定固体环境中,找到了类似马约拉拉纳费米子的演生粒子。所谓“找到”,是说导电行为必须要用马约拉纳费米子来解释。他们发现的马约拉纳费米子是在二维磁性拓扑绝缘体与超导体的一维边界,这导致它是手征性的,也就是说沿着一个方向跑。

费米子是这样一种量子粒子。在同一个系统中,同种费米子的状态(考虑所有的的指标)必须各不相同。电子(不管是在自由空间中还是在固体材料中)就是费米子。马约拉纳费米子是这样一种特殊的费米子,即它的反粒子是它自己。 反粒子可以如下定义:产生一个反粒子,相当于消灭一个与之很多性质(动量、角动量、电荷等等)相反的粒子。反之亦然,正反粒子是相对的。宇宙自由空间中还没有发现马约拉纳费米子,中微子有可能是,也有可能不是,答案还不知道。

张老师将马约拉纳费米子称为天使粒子,因为他注意到小说《天使和魔鬼》中,正反粒子湮灭,世界消失,而马约拉纳费米子可以比喻为,这里只有天使,没有魔鬼。

根据粒子物理的定义,物质由费米子和玻色子两种基本粒子组成,费米子是构成物质的原材料(如轻子中的电子、组成质子和中子的夸克、中微子);玻色子是传递作用力的粒子(光子、介子、胶子、W和Z玻色子)。

位列神秘粒子名单的Majorana费米子是费米子的一种,其独特之处在于, 它是一个没有反粒子,或者说反粒子就是其自身的粒子。

手性Majorana费米子的发现为持续了整整80年对这一神秘粒子的搜索画上了圆满的句号。类比Dan Brown描述正反粒子湮灭爆炸的小说《天使与魔鬼》,张首晟提出这一新发现的手性Majorana费米子应该称为天使粒子:我们发现了一个完美的世界,那里只有天使,没有魔鬼。

意义在于:

Majorana费米子被发现,将从哲学层面对挑战人类对现有世界的认知,即世界不完全是正反对立的,有阴不一定有阳,有天使不一定有魔鬼。除此之外,这一发现还具有更加现实的意义——在固体中实现拓扑量子计算将成为可能。

在张首晟看来,天使粒子的发现 “非常非常神奇,这意味着一个量子比特可以拆成两个,对整个量子物理有根本的改变。”

等了80年 天使粒子现身

1928年,英国物理学家保罗·狄拉克预言,每一个基本粒子都有对应的反粒子。几年后,科学家在宇宙射线中发现了电子的反粒子正电子,验证了这一预言。

1937年,意大利物理学家埃托雷·马约拉纳预言,自然界中可能存在一类特殊的粒子,它们的反粒子就是自身,这种正反同体的粒子被称为马约拉纳费米子。

正负、阴阳、善恶……这个世界仿佛充满正反对立。

不过,马约拉纳费米子存在的证据一直未被发现,它和中微子、希格斯—玻色子等一起,成为理论早有预言但长期无法验证的粒子。如今,华人科学家领衔的科研团队终于找到了它存在的证据。

神秘的正反同体粒子

在以往的量子反常霍尔效应实验中,随着调节外磁场,会出现整数量子平台。这是通常的粒子行为。马约拉纳费米子没有反粒子,相当于半个传统粒子,因此当把普通超导体置于量子反常霍尔效应薄膜之上时,在通常的整数量子平台之外,会新出现半整数量子平台。

为此,研究人员搭建了一个将普通超导体薄膜置于量子反常霍尔效应薄膜(即磁性拓扑绝缘体)之上的混合器件。施加低强度外磁场后,研究人员测量到了半整数量子平台,这成为手性马约拉纳费米子存在的实验证据。

根据爱因斯坦的质能转换公式,当一个粒子遇上其反粒子就会发生湮灭,并释放能量。所以,科研团队把他们发现的马约拉纳费米子称为“天使粒子”。

在寻找“天使粒子”的过程中,华裔科学家的理论团队预言了通过怎样的实验平台能够找到马约拉纳费米子,哪些实验信号能够作为证据;实验团队与理论团队密切合作,最终发现了手性马约拉那费米子,为持续了整整80年的科学 探索 画上了圆满的句号。对此,中国的复旦大学和上海 科技 大学对实验也有贡献。

带来的量子计算时代,让人期待

发现马约拉纳费米子存在,对于建造稳定的量子计算机具有什么现实意义呢?

目前看来,最大的用途之一,就是未来能帮助中国建造更稳定领先世界的量子计算机!量子计算机是一种具有超快的并行计算和模拟能力的计算机。它的运算能力将提升数万倍。

普通计算机只能按照时间顺序一个个地解决问题,而量子计算机却可以同时解决多个问题。这种超快速度可能彻底改变所有行业。例如精准到秒的天气预报,可预见的交通路况,新型药剂成分的构造 探索 ,外太空 探索 ,人工智能与自动化等一切目前计算机需要通过穷举法逐一 探索 的事业,都可能在一瞬间完成。

张首晟一直提到:人类文明的价值是大道至简,他认为把大道用简单的话讲出来,让人人都听懂,这才是真正牛的。

他最喜欢讲的故事是关于狄拉克的:

4的根号等于几?很简单,2和-2,英国理论物理学家、量子力学的奠基者之一狄拉克初中时,就觉得这个回答非常非常奇妙,为什么开根号的时候总是有一个正根,有一个负根?

狄拉克突然从开根号开始天马行空,做了个惊人的预言,断定宇宙中所有的基本粒子,都有个反粒子,有电子就有反电子,有质子就有反质子,有中子就有反中子,这是个非常非常神奇的预言。

1932年C.D.安德森实验发现了正电子。

1956年美国物理学家张伯伦在劳伦斯-伯克利国家实验室发现了反质子,他用玻璃管中的被粒子加速器加速过的高能粒子对相撞,发现在突然间成对出现了几道轨迹,又在短时间内相撞而互相湮灭,这是人们第一次直接观测到反粒子。

迄今,已经发现了几乎所有相对于强作用来说是比较稳定的粒子的反粒子。 如果反粒子按照通常粒子那样结合起来就形成了反原子。由反原子构成的物质就是反物质。

这样,狄拉克的天才预言被实验证实了,那么,有没有反例呢?宇宙中会不会存在一类没有反粒子的粒子,或者说正反同体的粒子?

意大利理论物理学家埃托雷·马约拉那(Ettore Majorana)在1937年,从理论上提出了这样的粒子存在,即我们今天所称的马约拉那费米子,它的反粒子就是它本身。但是不幸而且巧合的是,他在提出这种神奇粒子存在不久后,到巴勒莫乘船旅行中神秘失踪,从此渺无音信。

从那时开始,这一神奇粒子成为了物理学家们无时不想追寻的梦中情人,困扰了物理学界整整80年。

张首晟把突破口转向凝聚态物理。2017年7月,张首晟及其团队在《科学》杂志上发表了一项新发现,在超导-量子反常霍尔平台中发现了具有半个量子电导的边缘电流,与理论预言的手性马约拉纳粒子十分吻合。这是在霍尔效应平台系统中第一个具有确凿证据的马约拉纳测量结果。

张首晟将这一新发现的手性马约拉那费米子命名为“天使粒子”,这个名字来源于丹·布朗的小说及其电影《天使与魔鬼》。“这部作品描述了正反粒子湮灭爆炸的场景。过去我们认为有粒子必有其反粒子,正如有天使必有魔鬼。但今天,我们找到了一个没有反粒子的粒子,一个只有天使,没有魔鬼的完美世界”张首晟说。

这也使得张首晟再度成为2017年诺贝尔物理学奖的热门人选,虽然最终再度落选。

当然也存在一些质疑,比如中山大学天文与空间科学研究院院长李淼对此评价说:“这个发现不是基本粒子,而是在极低温条件之下以及二维材料的边界上造成的某种量子态,这个态满足中性粒子的要求,即其反态就是自身。鉴于这种量子态需要极端条件,距离应用还比较远,如果我用一句大白话来解释,就是“凝聚态物理还没有攻陷粒子物理”。“

简单地说,马约拉纳准粒子的证实必须找到更令人信服的证据,马约拉那费米子还只能继续是物理学家们的情人,梦中的。

12月1,美籍华人张首晟在美国的9层高楼一跃而下,匆匆结束了短暂的一生,终年55岁。

张首晟是杨振宁的得意门生,中国科学院外籍院士,物理学家,天使粒子的发现人。获得欧洲物理奖,巴克莱奖,狄拉克奖,尤里基础物理学奖等,被杨振宁认为是下个诺贝尔奖获得者。

让杨振宁想不到的是他竟然白发人送黑发人。

1937年由马约拉纳提出,是一种费米子,它的反粒子与它自身完全等价,当它们相遇时,会互相湮灭,释放大量能量。拿约拉纳对狄拉克方程进行了改写,得出了马约拉纳方程。但从未有物理学家发现过“马约拉纳费米子”的存在。

直到过去了80年后,张首晟和他的团队在拓扑绝缘体和超导体组成的系统中发现了手性马约拉纳费米子,它符合马约拉纳费米方程的波动方程,第一次有力的证实了马约拉纳费米子(天使粒子)的存在。这个消息发表在《科学》杂志上。

欢迎关注和点评。

我不是专门学物理的,只是把我看到的一些关于“天使粒子”的信息分享一下。

这段话里面提到的“反粒子”,是由物理学家迪拉克提出的,他预言,每一种基本粒子都会有自己的反粒子,而且这种反粒子跟“正粒子”是两种完全不一样的粒子——就好像是一对水火不容的兄弟一样。举个简单的例子,数轴上的每一个正数都对应了一个负数,虽然这两个数之间有千丝万缕的联系,但是完全是两个数;而这种预言中的天使粒子是一个例外,他是数轴上的0,他的负数就是自己。

这个说法只是张首晟本人一个浪漫的说法而已。

所以只要他愿意,他也可以说这个粒子应该叫魔鬼粒子。

目前发现的不是预言中的基本粒子,而是一堆电子形成的“准粒子”。他们的行为跟预言中的天使粒子有相似之处。

举个例子,好比一块大石头拦住了道路,一个人预言,一定会有可以搬动这块石头的人。几十年过去了,一对人非常兴奋的表示,我们发现了一种可以让二十个人一起搬动这块石头的方法。所以那个预言中的大力士依然没有找到,但是这二十个人达到了跟那个大力士一样的效果,并且最终搬开了石头,解决了一个大难题。

所以这篇论文的第一作者不是张首晟,当然,这只是论文作者排序的问题,他对该研究的贡献依然是非常巨大的。

而且我们应该注意到,这篇论文的共同第一作者分别是加州大学洛杉矶分校(UCLA)的 何庆林和 潘磊, 从名字上也可以看出来,都是中国人。

此外,上海 科技 大学也参与了试验研究,甚至比何庆林/潘磊团队更早的,上海交通大学的贾金锋团队就发表了关于发现手性马约拉纳费米子的报告,但是相比前者:

贾教授团队的工作是马约拉纳费米子的零维版,主要通过扫描显微镜测试;我们研究的是马约拉纳费米子的一维版,主要是做成电子器件来进行宏观电磁测试。

所以即便上海 科技 大学和上海交通大学的团队没有取得那么多的关注,他们对“天使粒子”研究的贡献也是不可忽略的。

天使粒子并不是正式的叫法,只是发现者将其这样命名,在此之前,该粒子称为马约拉纳费米子。从这个名字可以看出,马约拉纳费米子有两个部分构成,一个是马约拉纳,一个是费米子。马约拉纳是意大利的理论物理学家,可谓是英年早逝,1906年生,1938年就没了,但他提出了马约拉纳方程,改写了大物理学家狄拉克的方程。后一个是费米子,作为量子粒子中的一个大类,费米子被认为是拥有与自身不同的反粒子,而另一个大类为玻色子,该粒子拥有自身的反粒子。于是,马约拉纳预测,自然界中还有一种特殊的费米子,拥有自身的反粒子,这个粒子就被称为马约拉纳费米子。

马约拉纳费米子仅仅是预言存在,在自然界中的地位显然要低于“希格斯玻色子”,因为希格斯玻色子的任务是将质量赋予了费米子,而自身则是一种玻色子。从中可以看出,马约拉纳费米子的发现算是验证了马约拉纳的猜想。如果从科学史的角度看,将这个粒子称之为马约拉纳费米子更准确一些,因为这是他预言存在的,这就像有人告诉你这个玩意存在,只是受限于当时的观测技术。如果要将马约拉纳费米子命名为天使粒子,其实还得去问问马约拉纳愿不愿意,因为希格斯玻色子的预言者希格斯不太喜欢上帝粒子这个称呼,从这个角度看,预言者的权重更大一些,在半个世纪前就能通过理论方程进行预言,令人敬佩。

为什么没有获得诺贝尔物理学奖?

研究人员在康奈尔和康奈尔两维物质之间发现了一个奇异的绝缘体。

通过这样做,他们实现了一个难以捉摸的模型,这个模型是十多年前首次提出的,但科学家们一直未能证明,因为似乎不存在合适的材料。现在研究人员已经建立了正确的平台,他们的突破可能会导致量子器件的进步。

该小组的论文“来自相互缠绕的莫尔带的量子反常霍尔效应”,发表于12月22日 自然 共同的主要作者是前博士后研究员李婷欣和姜胜伟,博士生沈博文和麻省理工学院研究员杨张。

该项目是文理学院物理系副教授麦金辉和工程学院应用与工程物理教授单杰(音译)共享实验室的最新发现。两位研究人员都是康奈尔大学卡夫利纳米科学研究所的成员;他们是通过教务长的纳米科学和微系统工程(NEXT Nano)计划来到康奈尔大学的。

他们的实验室专门研究二维量子材料的电子特性,通常是通过堆叠超薄的半导体单分子膜,使它们稍微不匹配的重叠产生莫尔晶格图案。在那里,电子可以沉积并相互作用,从而表现出一系列的量子行为。

在这个新项目中,研究人员将二碲化钼(MoTe)配对2)含二硒化钨(WSe2),将它们以180度的角度扭转,这就是所谓的AB堆栈。

在施加电压后,他们观察到了一种称为量子反常霍尔效应的现象。这源于一种称为霍尔效应(Hall effect)的现象,这种现象最早在19世纪末被观察到,在这种现象中,电流流过一个样品,然后被以垂直角度施加的磁场弯曲。

1980年发现的量子霍尔效应是一种超大型的量子霍尔效应,在这种效应中,施加了一个更大的磁场,从而引发了更奇怪的现象:大块样品的内部变成了绝缘体,而电流则沿着外边缘单向移动,电阻量子化为宇宙中基本常数定义的值,而不考虑材料的细节。

量子反常霍尔绝缘体于2013年首次被发现,达到了同样的效果,但没有任何磁场的干预,电子沿着边缘加速,就像在高速公路上一样,没有耗散能量,有点像超导体。

马克说:“很长一段时间以来,人们认为量子霍尔效应需要磁场,但实际上并不需要磁场。”。“那么,磁场的作用是什么来代替的呢?事实证明是的磁性你必须使材料具有磁性。"

微粒2/WSe公司2stack现在加入了为数不多的几种已知的量子反常霍尔绝缘体的行列。但这仅仅是其吸引力的一半。

研究人员发现,只要调整电压,他们就可以半导体堆积成二维拓扑绝缘体,这是量子反常霍尔绝缘体的近亲,只是它存在重复。在一个“副本”中,电子高速公路沿边缘顺时针方向流动,而在另一个“副本”中,则是逆时针方向流动。

物质的这两种状态以前从未在同一体系中得到证明。

在与麻省理工学院合作者梁福(音译)领导的合作者进行磋商后,康奈尔大学的研究小组得知,他们的实验实现了2005年宾夕法尼亚大学物理教授查尔斯·凯恩(Charles Kane)和尤金·梅勒(Eugene Mele)首次提出的石墨烯玩具模型。Kane-Mele模型是第一个二维拓扑绝缘体的理论模型。

“这对我们来说是个惊喜,”麦说。“我们刚刚制造了这种材料并进行了测量。我们看到了量子反常霍尔效应和二维拓扑绝缘体,然后说‘哦,哇,太棒了。’然后我们和麻省理工学院的理论朋友梁福谈了谈。他们进行了计算,发现这种材料实际上实现了一种长期以来人们所追求的凝聚态物质模型。我们从未进行过实验我是说这个。"

像石墨烯云纹材料2/WSe公司2他们在一系列量子态之间进行转换,包括从金属到Mott绝缘体的转变,这是研究小组报告的一个发现 自然 九月。

现在,马克和山的实验室正在研究这种材料的全部潜力,方法是将它与超导体耦合,并用它来建造量子反常霍尔干涉仪,而这两种方法又可以产生量子反常霍尔干涉仪量子比特,量子计算的基本元素。马克也希望他们能找到一种方法来显著提高量子反常霍尔效应发生时的温度,这个温度大约为2开尔文,从而产生高温无耗散导体。

合著者包括博士生李立中、醉涛;以及麻省理工学院和日本筑波国立材料科学研究所的研究人员。

1879 年,美国物理学家霍尔在研究金属的导电机制时发现,带电粒子(例如电子)在磁场中运动时会受到洛伦兹力的作用发生偏转,那么在磁场中的电流也有可能发生偏转。当电流垂直于外磁场通过半导体时,载流子发生偏转,在导体两端堆积电荷从而在导体内部产生电场,其方向垂直于电流和磁场的方向。当电场力和洛伦兹力相平衡时,载流子不再偏转。而此时半导体的两端会形成电势差。

其中运动电荷在磁场中所受到的力称为洛伦兹力,即磁场对运动电荷的作用力。我们在中学都学习过左手定则的方法,将左手掌摊平,让磁感线穿过手掌心,四指表示正电荷运动方向,则和四指垂直的大拇指所指方向即为洛伦兹力的方向。但须注意,运动电荷是正的,大拇指的指向即为洛伦兹力的方向。反之,如果运动电荷是负的,仍用四指表示电荷运动方向,那么大拇指的指向的反方向为洛伦兹力方向。

而载流子指可以自由移动的带有电荷的物质微粒,如电子和离子。霍尔的发现后来被称为“霍尔效应”,这个电势差也被称为霍尔电势差。

简单来说,霍尔效应它定义了磁场和感应电压之间的关系。当电流通过一个位于磁场中的导体的时候,磁场会对导体中的电子产生一个横向的作用力,从而在导体的两端产生电压差

虽然这个效应多年前就已经被人们知道并理解,但基于霍尔效应的传感器在材料工艺获得重大进展前并不实用,直到出现了高强度的恒定磁体和工作于小电压输出的信号调节电路。根据设计和配置的不同,霍尔效应传感器可以作为开/关传感器或者线性传感器,广泛应用于电力系统中。

霍尔效应示意图,作者Peo

人们按照霍尔效应开发的各种霍尔元件被广泛应用于精密测磁、自动化控制、通信、计算机、航空航天等工业部门和国防领域。

按经典霍尔效应理论,霍尔电阻RH (RH=U/I=K. B/d= B/nqd) 应随B连续变化并随着n (载流子浓度)的增大而减小,但是到了 1980 年,著名物理学家冯·克里津从金属-氧化物-半导体场效应晶体管(MOSFET)发现了一种新的量子霍尔效应。他在硅MOSFET管上加两个电极,再把这个硅MOSFET管放到强磁场和极低温下,发现霍耳电阻随栅压变化的曲线上出现了一系列平台,与这些平台相应的霍尔电阻Rh=h/(ne2),其中n是正整数1,2,3……。也就是说,这些平台是精确给定的,是不以材料、器件尺寸的变化而转移的。它们只是由基本物理常数h(普朗克常数)和e(电子电荷)来确定。

这被称为整数量子霍尔效应,后来科学家还发现了分数量子霍尔效应。

当时,物理学者认为除了夸克一类的粒子之外,宇宙中的基本粒子所带的电荷皆为一个电子所带的电荷-e(e=1.6×10-19库伦)的整数倍。而夸克依其类别可带有±1e/3或±2e/3电荷。夸克在一般状况下,只能存在于原子核中,它们不像电子可以自由流动。所以物理学者并不期待在普通凝体系统中,可以看到如夸克般带有分数电子电荷的粒子或激发态。

但是在1982年,华人科学家崔琦和史特莫在二维电子系统中现了分数化的霍尔电阻平台。一开始是发现了?和?两个平台。之后他们制造出了更纯的样品, 更低的温度, 更强的磁场. 85mK 和 280kG, 这是人类第一次在实验室中实现如此低的温度和如此强的磁场(地磁场是 mG 的量级). 这样的实验技术令人叹为观止,他们也因此观察到了更加丰富的结构: 他们也因此观察到了更加丰富的结构。他们的发现由此被称为分数量子霍尔效应。

冯·克里津获得1985年诺贝尔物理学奖,而崔琦和史特莫则获得了 1998 年诺贝尔奖。到了2005年,英国科学家安德烈·海姆和康斯坦丁·诺沃肖洛夫。他们俩在2005年发现了石墨烯中的半整数量子霍尔效应,斩获2010年的诺贝尔物理学奖。

简单来说,量子霍尔效应一般都是在超低温和强磁场等极端条件下出现。在极端条件下,电子的偏转不再像普通霍尔效应中一样,而是变得更加剧烈并且偏转半径变得很小,仿佛就在导体内部围绕着某点转圈圈。也就是说,导体中间的部分电子被“锁住了”,要想导通电流只能走导体的边缘。

量子霍尔效应与霍尔效应最大的不同之处在于横向电压对磁场的响应明显不同. 横向电阻是量子化的:

2018年12月18日,英国《自然》杂志刊登复旦大学物理学系修发贤课题组的最新研究成果《砷化镉中基于外尔轨道的量子霍尔效应》,这也是中国科学家首次在三维空间中发现量子霍尔效应。

后来,中国科技大学与其合作团队在《自然》刊登论文表示,他们通过实验验证了三维量子霍尔效应,并发现了金属-绝缘体的转换。他们发现,人们能够通过控制温度和外加磁场实现金属-绝缘体的转化。这种原理可以用来制造“量子磁控开关”等电子元器件。三维量子霍尔效应材料中的电子迁移率都很快,电子能快速传输和响应,在红外探测、电子自旋器件等方面拥有应用前景。再次,三维量子霍尔效应因具有量子化的导电特性,还能应用于特殊的载流子传输系统。

这个时候,就要讲到量子反常霍尔效应了,因为霍尔效应实现量子化,有着两个极端苛刻的前提条件:一是需要十几万高斯的强磁场,而地球的磁场强度才不过0.5高斯;二是需要接近于绝对零度的温度。

在此背景下,科学家们又提出了一个设想:普通状态下的霍尔现象会出现反常,那么,量子化的霍尔现象是否也能出现反常?如果有,不是就可以解决外加高磁场的先决条件了吗?

也就是说量子反常霍尔效应它不依赖于强磁场而由材料本身的自发磁化产生。在零磁场中就可以实现量子霍尔态,更容易应用到人们日常所需的电子器件中。自1988年开始,就不断有理论物理学家提出各种方案,然而在实验上没有取得任何进展。

我们可以用一个简单的比喻,来说明量子霍尔效应和量子反常霍尔效应之间的关系,我们使用计算机的时候,会遇到计算机发热、能量损耗、速度变慢等问题。这是因为常态下芯片中的电子运动没有特定的轨道、相互碰撞从而发生能量损耗。而量子霍尔效应则可以对电子的运动制定一个规则,让它们在各自的跑道上“一往无前”地前进。

然而,量子霍尔效应的产生需要非常强的磁场,“相当于外加10个计算机大的磁铁,这不但体积庞大,而且价格昂贵,不适合个人电脑和便携式计算机。”而量子反常霍尔效应的美妙之处是不需要任何外加磁场,在零磁场中就可以实现量子霍尔态,更容易应用到人们日常所需的电子器件中。

2006年, 美国斯坦福大学张首晟教授领导的理论组成功地预言了二维拓扑绝缘体中的量子自旋霍尔效应,并于2008年指出了在磁性掺杂的拓扑绝缘体中实现量子反常霍尔效应的新方向。2010年,我国理论物理学家方忠、戴希等与张首晟教授合作,提出磁性掺杂的三维拓扑绝缘体有可能是实现量子化反常霍尔效应的最佳体系。这个方案引起了国际学术界的广泛关注。德国、美国、日本等有多个世界一流的研究组沿着这个思路在实验上寻找量子反常霍尔效应,但一直没有取得突破。因此量子反常霍尔现象也被称为物理学研究皇冠上的明珠。

量子反常霍尔效应实现非常困难,需要精准的材料设计、制备与调控。尽管多年来各国科学家提出几种不同的实现途径,但所需的材料和结构非常难以制备,因此在实验上进展缓慢。

2009 年,薛其坤和他的团队也开始了对量子反常霍尔效应的攻坚之路,薛其坤在许多人的眼里,并不算是一个天才。

1963 年,薛其坤出生山东省沂蒙山区的一个小村庄,家里兄弟姐妹比较多。读小学、中学时,农村条件还相对落后,大人们都在为生计而努力。薛其坤也没有做什么物理学家的梦,只是有书读那就读。后来,国家恢复高考的消息传来,薛其坤觉得不能浪费这个机会,就开始用心备战高考。

1980 年,17岁的薛其坤考入山东大学光学系,之所以选择光学系也是因为老师推荐了这个专业,对什么专业都不懂的薛其坤依葫芦画瓢填了这个专业。1984年毕业的薛其坤开始边工作边考研,结果考了三次才考上中科院物理所。1990 年硕士毕业之后,结果又花了 7 年时间才拿到博士文凭。

薛其坤有个外号,叫“7-11院士”。熟悉他的人都知道,早上7点进实验室,一直干到晚上11点离开,这样的作息,薛其坤坚持了20年。薛其坤认为自己既然不是“天才”,那就做个“笨人”吧。做好一个“笨人”,才是不容易的。

从2009 年,薛其坤团队经过近5年的研究,从拓扑绝缘体材料生长初期的成功,再到后期克服实验中的重重难关,薛其坤团队付出了常人难以想象的努力。但实验最终的成功与否,还要看一个标志性实验数据——在零磁场中,能否让磁性拓扑绝缘体材料的霍尔电阻跳变到25813欧姆的量子电阻值。

他们生长测量了1000多个样品。最终,他们利用分子束外延方法,生长出了高质量的Cr掺杂(Bi,Sb)2Te3拓扑绝缘体磁性薄膜,并在极低温输运测量装置上成功观测到了量子反常霍尔效应。这是首次在实验上发现量子反常霍尔效应。

2010年,课题组完成了对1纳米到6纳米(头发丝粗细的万分之一)厚度薄膜的生长和输运测量,得到了系统的结果,从而使得准二维超薄膜的生长测量成为可能。

2011年,课题组实现了对拓扑绝缘体能带结构的精密调控,使得其体材料成为真正的绝缘体,去除了其对输运性质的影响。

2012年初,课题组在准二维、体绝缘的拓扑绝缘体中实现了自发长程铁磁性,并利用外加栅极电压对其电子结构进行原位精密调控。

2012年10月,课题组终于发现在一定的外加栅极电压范围内,此材料在零磁场中的反常霍尔电阻达到了量子霍尔效应的特征值h/e2—25800欧姆——世界难题得以攻克。

课题组克服薄膜生长、磁性掺杂、门电压控制、低温输运测量等多道难关,一步一步实现了对拓扑绝缘体的电子结构、长程铁磁序以及能带拓扑结构的精密调控,最终为这一物理现象的实现画上了完美的句号。

近5年艰苦卓绝的协同攻关,薛其坤团队克服薄膜生长、磁性掺杂、门电压控制、低温输运测量等多道难关,一步步实现了对拓扑绝缘体的电子结构、长程铁磁序以及能带拓扑结构的精密调控,最终为这一物理现象的实现画上了完美句号。

《科学》杂志的一位审稿人说:“这项工作毫无疑问地证实了与普通量子霍尔效应不同来源的单通道边缘态的存在。我认为这是凝聚态物理学一项非常重要的成就。”另一位审稿人说:“这篇文章结束了多年来对无朗道能级的量子霍尔效应的探寻。这是一篇里程碑式的文章。”

发表论文的数量和质量反应

从邓小平同志提出科学技术是生产力,后来又强化为第一生产力,到中央明确转变经济增长发展方式、主要依靠科学技术的进步和劳动力素质的提高,再到科教兴国方针的确立,改革开放以来,从上到下,从中央到地方、单位、个人,对科学技术的重视是空前的,也采取了一系列方针、政策、措施来贯彻。但二十多年来,经济增长发展方式并未从根本转变科学技术与经济体制割裂的情况并未彻底解决,广大企业并未成为技术创新的主体,经济增长发展主要还是依靠大量资源的投入和廉价劳动力的支撑。近年来,围绕实现2020年全面小康目标而展开的科技中长期规划和“十一五”经济社会发展规划,又一次把依靠科学技术发展社会经济推到了新的高度。 为什么会出现上述情况呢?原因当然是复杂的。2005年初召开的科学技术大会鲜明地提出了建立创新型国家的目标。但提出这个目标及确定相应的政策措施能否从根本上改变上述情况,关键在于能否找准问题,对症下药。关于这方面已有很多论述,本文不准备做全面的分析,但是有一个问题虽然某些科学家和技术专家曾有所分析,但至今远未引起重视,尤其是高层的关注,这就是科学和技术的区别问题。 上述种种口号、目标、方针、政策中都是把科学和技术放在一起来说的,并且形成牢固的概念,似乎科学和技术是同一件事,并且往往以科技作为简称。有的地方,如在“科教兴国”中“科教”的“科”字就是被这样解读的。实际上,科学和技术是两回事,科技这个词是中国人创造的,在英文中并没有相应的词,把科学和技术混为一谈造成了相当严重的后果,阻碍了科学和技术各自的发展进步,尤其是阻碍了技术和经济的结合,影响了创新的开展。不解决这个问题(当然还有其它很多问题需要解决),科教兴国、创新型国家都是实现不了的。本文拟就此展开讨论。 一、科学和技术的关系——联系和区别 1、概念和过程。 科学和技术都是自古就有的。概括地说,科学是人类探索自然(后来也包括社会和人本身)寻求规律(真理)的过程和结果,其过程为科学研究活动,其结果为科学理论体系;而技术是人类为满足生活需要(由简单的衣食住行到后来复杂的社会需要)而改造自然的方法和手段,其方法即为技艺,其手段即为工具。原则上说,如冯•卡门所说的科学是探索已有的事物,技术是创造还没有的事物(大意),或者说科学追求的是发现,而技术追求的是发明。 从古代直到近代,科学和技术基本上是分别独立进行的,彼此间并没有很多联系,从事科学和技术活动的是完全不同的两类人。科学并不是技术的理论基础(当然技术措施和工具客观上是应该符合科学原理的,但与当时人类已发现的科学理论体系并无直接的联系),科学探索活动大量是科学家本人力所能及的劳动,并不依赖更多的技术手段。另一方面技术并不为科学活动提供手段,从事技术的人员并不寻求科学的支持,他们也没有能力理解当时已经形成的科学理论。 由于掌握和拥有技术是谋生的手段,技术的某些进步往往能带来生产力的很大提高(例如从旧石器到新石器就是如此,当时还根本谈不上什么科学),因此,当形成人类社会以后,技术与生产力、技术与经济一直是紧密联系、互为依存的。而科学活动与生产力之间井没有直接的关系,除某些情况(主要是对自然现象的观测)外,总体上说科学发现并不能直接改善人们的生活,因此,只有当生产力发展到了一定阶段,人们的劳动成果除了满足本人最基本的需要(包括衣食住行和养殖后代、延续种族)外还有一定剩余时,从社会角度看才可能有少部分人可以不从事直接生产劳动,而专门从事管理(后来发展为统治集团),其中也分化出少量人从事科学活动,后者掌握了一定的科学和文化知识,在自己的圈子里从事社会一般人根本不明白的研究探索工作。而大量从事技术活动的人则形成工匠集团,他们没有很多的文化知识,靠个人经验和师徒传授延续并发展着技术,他们虽然比一般劳动者有相对优越的生活条件,但总体上是属于广大劳动阶层的。 从近代到现代,科学和技术都发生了很大变化。由于生产力的发展、社会的进步从事科学的人增多了,科学发现大量出现,逐步形成了理论体系。根据研究对象的不同,科学分类形成了学科体系科学家数量增多了,形成了社会中有一定规模的独立集团,并且按照学科分别形成不同的学术团体。另一方面科学逐渐进入新的领域,从宇宙宏观世界到物质结构微观世界,从无机界到有机界到人体本身,探索的难度越来越大,需要的手段越来越复杂,难以靠科学家个人的能力来完成,而需要技术手段(工具、仪器)的系统支持、理论和探索能力随着人类的代际延续不断发展,而适应这一发展的需要则产生了科学教育。 另一方面从事技术的工匠们也逐渐形成了团体,并根据从事领域的不同,组成了各种行会组织。随着人类生产规模越来越大,技术手段越来越复杂,从工具到装备,单凭个人的经验已经不够了,需要把经验总结上升为理论,所使用的师徒传授方法也远远不能满足要求了,由此产生了现代技术教育的萌芽。部分工匠逐渐上升为工程师,但工匠(技师)仍然大量存在。同时,技术逐渐上升为理论,人们开始寻求科学理论的支持作为技术发展的基础,以便在技术探索过程中少在弯路;另一方面,技术也为科学发展提供了必需的手段。由此,现代科学和现代技术之间逐渐建立起了联系,科学家和工程师之间、学术团体和工程技术组织之间也有了联系,并逐渐趋于紧密、但是联系紧密并未取消两者之间的区别,甚至也并未模糊两者之间的界限,科学和技术仍然是互相独立的两个领域。科学理论并不一定有实际用途,技术发明也并非一定有科学理论依据,很多事物做出来了,但理论上并未弄清的还比比皆是。如果什么事情一定要理论上完全弄清了才能做,那大概什么事也不能做了,医学就是一个明显的例子。 2科学。 如前所述,科学的目的是探索客观世界的各种事物,寻求其规律。因此,人们从事科学活动的基本动力是人类探索真理的欲望,从个人来说是好奇心,是兴趣。很多科学发现往往产生于无意之间,看来是可遇而不可求的。如果科学家不是具有强烈的兴趣,甚至到了废寝忘食的地步,往往难以有真正的发现,很多大科学家的故事都说明了这一点。当然,从事科学活动的大多数人都不见得能达到这种境界,因此大的科学发现也就比较少见。 科学要寻求规律,因此必须打破砂锅问到底,不能挂一漏万,其基本方法是还原论,即层层分析,分到最小范畴,以弄清基本原理。在科学活动中,逻辑的严密性是关键,科学发展中,与迷信和有神论的斗争是重要的内容。 科学与经济发展并无直接联系,科学并不形成直接生产力,但重大科学发现可能会激发新的重大技术的产生,从长远看,可能对人类经济、社会发展产生重大影响,无论是物理、化学,还是天文、地学,还有生物,无不如此。数学则是各种科学研究和技术研究的工具,其中有些命题,尽管不与现实世界产生联系,但对思维科学和方法的影响还是很明显的。由于科学并不与现实社会生活直接联系,因此对其结果的评价很难根据其实际效果来衡量。其基本评价方法是同行认可,即由同一学科领域的同行进行评议、而同行评议采用的重要标准是可重复性,即你宣布取得的结果别人能不能重复。为了让同行了解,发现者必须将其发现公开也就是要发表。另一方面,由于科学家个人在不同的岗位独立工作,有的发现往往在相近的时间内由不止一个人做出,谁是首先发现者就成为一个很关键的问题,因此有了发现以后应尽早发表。人们评价时看的是发表时间,而不是实际做出来的时间,因为前者是明白无误的、而后者往往是发现者自己说的别人可以信也可以不信。 由上可见一个国家科学家的发现世界各国都可用,因此,可以说科学发现是全人类的共同成就,科学无国界。但是各个国家的科学发现有多有少,有大有小,科学水平显然有高下之分。在比较各个国家的科学水平时,发表论文的数量和质量可以作为一个重要的指标。 3、技术。 技术是改造自然的方法和手段,其目的是创造新的事物,以满足人类社会的需要。 人们从事技术活动的根本动机是谋取利益。由于技术可以提高生产率,改进产品质量,改善生产条件,做出新的产品或建设新的设施,客观上为社会创造新的财富,主观上则为从事技术的人和组织获取利益,从事技术活动当然也有个人兴趣的驱动,但基本上更多地是人们谋生获利的手段,因此具有明显的功利性。 技术要有实际结果,即做出东西来,因此其基本方法是实践。有理论指导固然好,还没有理论指导就依靠多次实践去取得实际结果也同样重要,甚至可以说,没有理论凭借实际摸索是更大量的做法。很多新的发明往往经过几十次,甚至成百上千次的试验才能成功。另一方面,由于实际事物都是复杂的,涉及方方面面,要把它们做出来,不可能像科学活动那样,把次要的因素都去掉以证明原理,而必须把各方面的因素都考虑在内,因此技术活动需要有综合方法和能力。 技术的作用在于提高生产力,促进经济发展。因此,如果说科学技术是生产力的话,那么,技术就是直接的生产力。技术与经济,与物质生产是紧密联系的,进而言之,技术是内生于经济的。在现代社会中,经济发展必须主要依靠技术,这也是“第一生产力”、“改变经济增长方式”的真正含义。反之亦然,技术活动必须以提高生产力、发展经济为根本目的,离开了这个目的,技术就是无意义的。 因此,对技术活动的基本评价方法就是看实际结果看对生产力提高起了什么作用,看有什么经济效果(当然,还应该包括对生态环境的影响,即可能产生的负面效果等因素),除此之外,没有也不应该有其它的评价标准。由于技术涉及到其所有者(个人和组织)的利益,因此技术、尤其是新技术往往是私有的、不公开的,难以在有明显效果以前由同行来评议,而且在产生了实际效果后也不需要别人评议,因此对技术的评价主要是市场和应用。 4、联系。 前面已述,近代以来,科学和技术之间有了联系,并且联系逐项紧密主要表现为两个方面: 技术科学——现代技术很多是有科学依据的,但是科学是按其探索对象划分的,如自然科学和社会科学,自然科学是从有机界到无机界、宏观到微观、宇宙到粒子等来划分并构筑其学科体系的。而技术则按其所要创造的事物类别划分,如能源、交通、机械、电器、信息通信等等,并构筑成专业体系,两种体系之间是不对应的。因此在构建技术的科学基础时需要有个转换,就是把一类技术所需要的自然科学相应各学科中的有关内容综合起来组成一门新的科学理论如能源学、机械学、信息学等这已经不是原来意义的学科,而是按专业构筑的学科,称之为技术科学。现代技术科学已构成一个庞大的体系,有其不同的层次。 科学工程——现代科学需要复杂的技术支持,包括各种大型的设备、仪器、工具和方法,如超级计算机、大型加速器等。对某些大型科学研究探索项目,需要有专门的工程项目来支持,如历史上有名的曼哈顿工程、阿波罗工程等,当前我国的探月工程、载人航天工程和我国参与的ITEB工程等。这些也不是一般意义上的工程,因为它们并不以直接产生经济效益为目的,不能由市场来评价其效果,因而被称为科学工程。当代科学的发展,要想有重大的发现,没有这些大的科学工程是不行的,它们会有长远的影响,也是国家力量的体现。 尽管有上述紧密的联系,但科学和技术还是两个不同的范畴,前面各节所述两者之间的根本区别并未改变,目前很多科学发现还看不出有当前的实际用途,也并非所有的技术都有充分的科学依据。 二、我国的现状和存在的问题 改革开放以来 我国在科学和技术两个方面都有了很大的进步,投人在增加(近年来还有了很大的增长),队伍在扩大,体制在逐步变化,取得了不少成就。近年来又提出了一些正确的目标如“企业是技术创新的主体”等。但是总体上看.科学和技术的关系仍然混淆不清,具体表现在以下几个方面: 1、目标泛化,动机模糊。 由于科技已成为我国创造的专有名词,因此各种规划、计划、方针中除极少数(如1999年的技术创新大会及其文件)外都是笼统提发展科技。而对于我国当前的主要矛盾是什么,科学领域存在什么问题、是什么性质,技术领域存在什么问题、是什么性质,都缺乏具体分析,更谈不上有针对性的政策和措施。究竟为什么要发展科学、技术,并没有清晰的思路,是为了增加论文数量还是为了取得经济效益并不清楚,什么是当前的需要,什么是长远的需要,用什么去满足当前的需要,用什么去满足长远的需要,也都不清楚。 2、体制不顺,任务不清。 通常说到体制,就是笼统地说科技体制,其中包括五路大军或六路大军(中科院、高校、产业研究院所、地方科研单位、企业、军队),但其中哪些从事科学活动、哪些从事技术活动并不清楚。如中科院应主要从事科学活动,但现在大量转向技术活动。高校在人力上有很大优势,但在财力、大型装备上又有劣势,因此也较适宜于从事科学活动,其中综合类高校适合从事基础科学研究,工程专业类高校适合从事技术科学研究,但目前也大量从事技术活动。而企业的技术开发活动从总体上看又很薄弱,尽管从统计数字上看,全国科技经费投入中企业投人已占近三分之二,但其中恐怕大多数为外资企业,我国企业研发投入占销售收入比重比发达国家要低得多,多数大中型企业还没有研发机构,相当多的没有研发活动。 3、产业技术研究被削弱甚至取消。 建国后我国建立了一批产业研究院所,主要承担产业基础技术和共性技术的研究,在计划经济时期还承担了不少产品和工艺开发任务,对产业发展起到了重要作用。改革开放实行市场经济体制后,企业虽然加强了技术研发,但还远远不足与西方国家大企业相比。仍然需要产业研究院所承担基础技术和共性技术的研究任务,发挥企业技术创新中重要技术来源的作用。但在体制改革中,这批院所被转为企业,使产业基础共性技术被削弱甚至取消,从而严重影响了我国产业的发展提高。 4、评价标准倒置。 对科学研究项目要求紧密联系现实需要,频繁检查,急功近利,大量中小项目管理成本所占比重很高,甚至要求产业化,缺乏宽容精神。而对技术项目则要求出论文,并与人员的各种待遇挂钩,另一方面又放弃了产业化的要求,仍然采用同行评议(鉴定)的办法。 5、人员培养一刀切。 科学和技术的发展需要大量的人才,从人数上来讲,需要量最大的是技术类实用类人才。但近年来的一些政策导向和社会舆论使工程师地位远远低于科学家,高校工科教育与理科教育模式趋同,都是实行科学教育而不是分别实行工程技术教育和科学教育,工科教育的实践内容越来越少,能力培养越来越差,导致企业中大量需要的技术型、实用型人才严重缺乏,而大学毕业生的就业率却越来越低的怪圈现象。 6、社会舆论对工程及工程师重视不够。 社会舆论上普遍认为科学比技术高,科学家比工程师、技术专家高,所以青年人的志愿中科学家名列前茅,而工程师则籍籍无名、少有问津。主要从事技术研究的产业研究院所多数冠名为科学研究院,甚至外国人自己称为技术院校的,翻译中也要改名,如麻省技术学院(MIT)译为麻省理工学院、加州技术学院(CALTECH)译为加州理工学院等。 凡此种种,造成科学活动缺乏安静、宽容的环境,使科学功利化,违反了科学的本性。多数原来而该从事科学活动的部门、单位不搞科学了,而去争取现实利益。科学家们不能踏踏实实,埋头苦干,而成天混杂在芸芸众生之中,为现实利益而奋斗。近年来自然科学一等奖的几近绝迹就很说明问题。而当论文数量都有定额并且发表论文都有标价时,论文的质量如何就可想而知了。而一旦实在无内容可写,各种不规则行为也就自然出现了。此外,在同行评议中,如果评议结果直接影响到被评者的各种待遇,如收入、晋级、提职,甚至住房等等的时候,由被评议者选择评价者,而评议者中普遍唱赞歌、吹捧拔高、口下留情等也就可以理解了。 而对大量不该从事而实际上却从事技术活动的组织(如中科院、高校)和个人来说,其技术活动实际上与经济发展、生产力提高无关,活动结果也不需要市场检验而只要同行评议即可,而同行评议对能否产业化是难以判断的。评议中必然更着重于论文的水平逻辑的严密,因此被评议者的主要精力也必然放在这上面,而评议一结束,被评议者的各种待遇已取得,那就没有必要再去关心是否产业化的问题,而可以把精力放在争取下一个项目上了。 在这种情况下,技术活动和企业、和经济当然没有什么关系,加之我国企业原来就不承担技术研发任务,现在对于这种为研发而研发或者为鉴定而研发的活动也就不会有参加的动机。即使政府一直在提倡产学研结合、成果转化等,但在结合中企业起不了主导作用,所谓有成果的项目并非企业根据市场需求提出的,而成果的认定也不是由企业为主导,企业当然不可能去做什么转化工作。企业得不到可以产业化的技术,只好满足于原有的落后技术或者从国外企业去买现成的技术了。 总的看,尽管有了很好的方针,口号也喊得很响,但技术与经济仍然是两张皮。 三、建议 1、从观念上弄清楚科学和技术两个领域。 要明确科学和技术各自的性质、作用和基本特点;同时要明确科学与技术都重要,科学家和工程师都需要,不可偏废。比较而言,从时间来看,科学更多侧重于长远,技术更多侧重于当前;从数量来看,工程师要比科学家多得多。还要明确,与经济直接相关、能形成直接生产力的是技术。 2、从体制上分清科学和技术两个体系。 要稳定科学研究基本队伍,给予相应的政策。在科学研究中,如果有的项目有较明显的应用前景,则可以与从事相应技术的单位合作进行或者分出去单独建立新的单位。技术体系中,要真正以企业为主体,即使一时或相当时期内多数企业不可能以自有技术为主,仍然要与独立院所和高校(短时间内很难改变高校大量从事技术研发的现实)合作,或从外购买,但企业必须在合作中起到主导作用,体现在项目选择、经费提供(包括贷款)、进展要求、结果评价和商品化产业化等等方面。 相应地,在教育体制中,要建立独立的工程和技术教育体系,培养大量实用型的专业人才。 3、管理上分清科学管理和技术管理两种职能。 国家综合管理部门要有分别管理科学和技术的不同职能,科学和技术主管部门要分别设立针对科学和技术的二级管理部门,根据各自的特点进行管理。地方政府也应如此,但地方政府管理中相应的科学领域会小一些。在社会管理上,目前已有自然科学基金会,作为受政府委托的面向科学研究的社会管理组织;相应地,在技术领域也应建立类似组织,受政府委托对一些技术苗头给予支持,当然管理方式上应该与科学领域有所区别。 在技术管理中要注意,目前国家单独列出了一类高技术项目,但是如何划分高技术与一般技术,其界限并不清楚、从大的领域来着,如能源。信息、生物等,其涵盖面很广,很难都算作高技术,因此在规划中体现出同一领域既在高技术中出现,也在一般技术中出现或者按其它标准分类再出现。因此高技术规范不宜扩得过大,应该就具体项目而不要按领域来予以确认,以免重复过多。 4、政策上分清科学和技术两种支持方式。 科学研究经费应由政府投入,在一些特殊领域,可能有少量的社会资助、目前科学研究经费比重仍然偏少,应予提高,大体上应达到占科学技术总经费的10%左右。应保证科学家的待遇,同时停止科学研究单位的创收活动,使科学家们能安心工作。在科学选题上应更多地给予科学家以自由度,除少量大项目外,一般不要与国家大目标挂钩,减少项目检查频度,取消发表论文数量要求,尤其是对个人的要求。 技术活动经费应主要由企业提供,政府应对重点领域给予资助,同时在税收抵扣、金融融资等方面给予支持。应有鼓励企业与院所、高校合作的政策,取消成果鉴定制度,取消发表论文要求,鼓励掌握自有知识产权,鼓励企业掌握技术秘密。对政府资助项目要明确产业化要求,并根据市场效果确定政策优惠程度。 5、重视技术研究机构的建设。 恢复一批重点行业研究院所,从事行业基础和共性技术研究,由行业主管部门管理并要求其加强与企业的联系与合作,鼓励建立技术有偿转让制度、国家应建立专门的技术发展基金,对基础技术研究开发项目提供资助。 目前世界性的金融危机逼迫中国必须改变发展方式,再一次强调了依靠科学技术进步的重要性。而发展科学和技术是非常重要、非常复杂的问题,涉及到很多方面,本文所述虽然只是从一个问题出发,但实际上涉及到了各方面的问题。如果在我国已取得成就的基础上,把科学与技术关系问题处理好,使其各得其所,使技术与经济很好地融合,将会大大推动经济发展方式的真正转变,促使建立创新型国家的目标早日实现。

关于科技论文写作的意义

无论是在学校还是在社会中,大家都写过论文,肯定对各类论文都很熟悉吧,论文的类型很多,包括学年论文、毕业论文、学位论文、科技论文、成果论文等。你知道论文怎样写才规范吗?以下是我精心整理的关于科技论文写作的意义,欢迎阅读,希望大家能够喜欢。

科技论文写作是人类社会生产实践的反应,生产实践是科技论文写作产生并赖于发展的源泉。学完这门课程以后,了解到人类物质生产的发展史。就是科技大发展史,也是科技论文的发展史,因其能培养读者科技论文写作能力,提高读者科学素质而开设看的一门学科。

虽然作为一门年轻的学科看,但自我国实行改革开放,贯彻科教兴国之策以来,经济快速发展,科技创新意识日趋深入人心,科技的发展,从事科学研究的人员数量的增加,科技队伍也随之扩大,科技写作的发展的今天已有规律可循。在这样的大环境中,民众的科学素质不断提高,创新发明活动越来越普及,科技论文写作也成为一种必要。掌握科技写作的知识,可以更好的促进科学技术的交流。以此,掌握科技论文的写作是对当代大学生的基本的要求。同样对学术交流有着重要的意义。

科技论文是对创造性的科研成果进行理论分析和总结的科技写作文体。是报道自然科学研究和技术开发创新工作成果的论说文章,它是通过运用概念、判断、推理、证明或反驳等逻辑思维手段,来分析表达自然科学理论和技术开发研究成果的。本课程设置的目的与任务是培养学生科技论文写作能力,帮助大学生掌握即将面临的毕业论文写作规范,进一步引导学生梳理本专业的理论体系,选取自己感兴趣的.专业方向,学会如何阅读消化文献、制定研究计划、进行研究结果分析,提高论文的写作水平,帮助学生提高科技论文写作的专业素质。科技论文写作课,主要是针对本科学生开设的一门语言工具课程,主要讲授科技论文的特点、作用,科技论文写作过程中的选题、资料检索、表达方式及语言的运用、科技创新思维以及学术论文的写作与发表,学位论文的写作与答辩等内容。

1)科技论文的写作是科技工作者进行科学技术研究的重要手段。我们有的科技工作者在接受科研任务时,往往认为他们接受的只是“1项”任务即科研;实际上,他们开始就应当认为接受的是“2项”任务——科研和写作,科技工作者应当建立起这样一个概念。法拉第说得好,“开拓,研究完成,发表”,可见写作与发表对一个科技工作者有多么重要。

不少作者往往把写作论文当作课题研究最后阶段的事来做,因而常常听到他们说:“等课题完了再写吧!”其实,写论文不是为了“交差”、“还帐”,也不只是为了发表;科技论文的写作是科学技术研究的一种手段,是科学技术研究工作的重要组成部分。最好的作法是,课题研究的开始就是论文写作的开始,即不要等课题完了才写,而应在课题研究一开始就写,因为思考一个比较复杂的问题,借助于写作效果会更好些。写,就是用文字符号把思考的过程一一记录下来,让它们在纸面上视觉化,便于反复琢磨与推敲,使飘浮、抽象、混乱的思维清晰起来,具体化和条理化起来,使思维更缜密。如果把写作贯穿在整个研究工作中,边研究,边写作,则可及时发现研究工作的不足,补充和修正正在进行的研究,使研究成果更加完善;同时也还有这样的可能,即写作灵感的突发,将导致研究方案的重大改进,从而最终提高研究成果的水平和价值。

2)科技论文的发表可以促进学术交流。英国文学家肖伯纳说过:“倘若你有一个苹果,我也有一个苹果,而我们彼此交换,那你和我仍各有(只有)一个苹果。但倘若你有一种思想,我也有一种思想,而我们彼此交流,那我们将各有两种思想。”写作与发表的科技论文则正是科技工作者之间进行科学思想交流的永久记录,也是科学的历史,它记载了探索真理的过程,记载了各种观测结果和研究结果,而科学技术研究是一种承上启下的连续性的工作,一项研究的结束可能是另一项研究的起点;因此,科技工作者通过论文写作与发表形式进行的学术交流,能促进研究成果的推广和应用,有利于科学事业的繁荣与发展。

3)科技论文的写作与发表有利于科学积累。科技论文写作是信息的书面存储活动,通过论文的写作与发表,信息的传递将超越时空的限制,研究成果将作为文献保存下来,成为科学技术宝库的重要组成部分,为同时代人和后人提供科学技术知识,由整个人类所共享。人类整个科学技术历史长河就是由这样一个个浪花汇集而成的。

4)科技论文的发表是发现人才的重要渠道,是考核科技工作者业务成绩的重要依据。一篇论文的发表,可能使一个原来默默无闻的科技工作者被发现并受到重用,这在科技史上和当今的事例是很多的。发表论文的数量和质量是衡量一个科技工作者学识水平与业务成绩的重要指标,同时也是考核他们能否晋升学位和技术职务的重要依据。

建议你去查一下《现代汉语词典》关于两个词的解释吧!你这问题问的,让人莫名其妙!

我是支持的,因为我觉得评价一个人不能单单只看一部分的成就,要综合考虑。

发表论文反应物质比摩尔比

“物质的量”的比。

我因最近需要弄明白摩尔,特意请教了一位专家,得知,化学反应中物质之比是分子量之比,也是摩尔之比,也是质量之比。

是“物质的量”比的通俗说法,因为“物质的量”的单位是摩尔。 例如,18克水(分子量18)与34克双氧水(分子量34)的摩尔比是1:1。 一般我们说到“摩尔比”时,都是按照反应方程式中各物质的系数关系来讨论的。也就是说,分子、分母通常都是整数。例如,说按照 3 :2 的摩尔比反应。

期刊投稿一个月没反应正常吗

如果你要自己向杂志社投稿,需要等待的时间就比较长,而且如果不通过审核,你的论文就会石沉大海。这样容易耽误事,建议你可以找个论文网帮你发表,他们都和杂志社有合作,并且帮你修改论文,通过率很对期刊的选择要谨慎。我以前找学位论文网给发表了两篇论文,还不错,两个月就出刊了,你可以去试试。

您投的是核心还是普刊呢?核心的审稿时间3个月以上都是很正常的。有其他问题你可以跟我沟通。

建筑安全期刊投了一个月没动静可以再等一等,实在不行再进行撤稿。期刊看起来回复速度不是很快,一般来说,使用邮件投稿的期刊应该要回复作者的咨询,因为作者无从得知稿件进度。事实上,我个人觉得期刊有点奇怪,只有说论文在处理中,没有提供完整的状态说明,比如说witheditor、underreview等。我想你应该再等一段时间再决定是不是要撤稿,或许下个礼拜再询问期刊一次,这次可以问得更详细,比如说论文是否送去审稿了。有礼貌地说明你很担心论文的状态,希望期刊能让你知道论文的进度如何。如果过了3到4个礼拜还是没有回应,就请求撤销投稿。《建筑安全》创刊于1986年,是由四川省住房和城乡建设厅主管、四川华西集团有限公司主办的刊物。据2020年第06期期刊内页显示,《建筑安全》编辑委员会有委员40人,编辑部有责任编辑1人、编辑1人。据2020年7月9日中国知网显示,《建筑安全》共出版文献8242篇、总被下载433132次、总被引11721次、(2019版)复合影响因子为0.146、(2019版)综合影响因子为0.061。据2020年7月9日万方数据知识服务平台显示,《建筑安全》共载文5972篇、基金论文量为85篇、被引量为16781次、下载量为77733次,2017年影响因子为0.84。

期刊投出去一个月了,建议发邮件或者电话咨询下哦。

杰弗里霍尔发表论文

国庆长假期间,2018年诺贝尔奖揭晓,其中生理学医学奖授予:美国科学家詹姆斯·艾利森(James P。 Allison、日本的本庶佑(Tasuku Honjo )。评委会给出的获奖原因是:发现负性免疫调节治疗癌症的疗法方面的贡献。

什么是PD-1抑制剂?

获奖的日本科学家本庶佑因其PD-1、活化诱导胞苷脱氧酶的有关研究举世闻名。

PD-1抑制剂,包括PD-1抗体和PD-L1抗体,是一类免疫治疗的新药。主要的作用机制,是阻断PD-1和PD-L1之间的相互作用,因为这两个蛋白的相互作用,会帮助恶性肿瘤逃脱免疫系统的追杀,典型的“金蝉脱壳”。PD-1/PD-L1抗体,通过阻断这种“欺的伪装”,促进病人自身的免疫系统杀伤肿瘤。

简单来说,肿瘤细胞为了逃避人体免疫的追杀,在自身表面产生了一种被称为“PD-L1”的蛋白,相当于一个假的“良民证”。这个蛋白与免疫细胞表面的PD-1蛋白相结合,就会让人体免疫系统产生“这是良民”的错觉,从而放过肿瘤细胞,任其疯狂繁殖。

通过使用PD-1PD-L1抑制剂,使得肿瘤细胞的“良民证”失效(如上图)。这样肿瘤细胞就会被免疫细胞果断识破,对其持续围剿,从而达到病情缓解甚至治愈。

不过,需要指出的是,PD-1/PD-L1抑制剂在临床实践中却面临很多的问题,比如治疗周期长,进口药物费用高昂(美国的治疗费用大约15万美金/年,相当于人民币接近100万)。中国目前看一年的费用也在50万人民币上下。贵也就算了,关键是——还不是对每个患者都有效,针对大部分实体瘤,PD-1抗体的有效率大概10%-50%。

涉及哪些上市公司?

特别值得关注的是,国内的情况是,在干细胞治疗领域被叫停16年后,今年已受理了两个临床试验申请。

9月底,信达生物审批完成的是信迪利单抗注射液和重组抗VEGF人源化单抗注射液,目前处于待制证状态。4月,信达已申报了一个信迪利单抗注射液上市申请,因此,猜测前述两个是临床申请。

此外,华兰生物的伊匹单抗(重组抗CTLA-4全人源单克隆抗体注射液)临床试验也刚刚获得批准。而9月25日,海正药业申报的阿达木单抗注射液上市申请获得药审中心受理,是国内第二家申报阿达木单抗生物类似物(仿制药)上市的企业。

据了解,截止目前,国内的君实生物、信达生物、恒瑞医药和百济神州四家公司申报了PD-1单抗上市申请,信达生物的信迪利、恒瑞医药的卡瑞利珠已完成技术审评并离开了药审中心,预计将率先获批。考虑到,目前国内还只批了两个进口的PD-1单抗上市销售,这4家公司还能占得市场先机,而后来者可能前景不妙,包括一批上市公司。

118年共214位获奖者

公开资料显示,诺贝尔生理学或医学奖在1901年至2017年期间总共颁发了108次(由于世界大战等原因,中断了10次),有214位获奖者。经过统计,仅仅有12位女性获奖;所有的获奖者的平均年龄是58.0岁,男性获奖者平均年龄是57.9岁,而女性是63.5岁。

最年轻的获奖者只有32岁,是加拿大多伦多大学的Frederick G。 Banting(1923年,因为胰岛素的发现及应用而获奖),当时只有32岁,曾经有一部Glory Enough For All(共同的荣誉),就是讲述Banting发现胰岛素的过程,有兴趣的朋友,可以自己下载,重温一下胰岛素发现;另外对于胰岛素,还有几个非常有趣的几件事件,如,而获诺贝尔化学奖,还有就是因为胰岛素的关系,直接促进了的建立。

年纪最大的获奖者居然达到了87岁,有俩位,分别是Peyton Rous(1966年,因为发现发现病毒诱导肿瘤而获奖)及Karl von Frisch(1973年,因为发现个体与社会性行为模式的组织而获奖,他使用的模式生物是蜜蜂)。

主要颁发给5个领域,分别是生理学,遗传学,生物化学,代谢学及免疫学,;获奖前5名依次是美国,英国,德国,法国和瑞典;移民到美国的获奖者最多,达到21位;其中获奖者受教育学校前5名依次是哈佛大学,剑桥大学,哥伦比亚大学,约翰霍普金斯大学及及加利福尼亚大学;获奖者最喜欢的工作单位前5名依次是哈佛大学,洛克菲勒大学,剑桥大学,巴斯德研究所及加利福尼亚大学。

附:近10年该奖项获得者的名单

2017年

美国科学家杰弗里霍尔、迈克尔罗斯巴什和迈克尔扬因解释了许多动植物和人类是如何让生物节律适应随地球自转而来的昼夜变换的,获得诺贝尔生理或医学奖。

2016年

日本分子细胞生物学家大隅良典因发现细胞自噬的机制,荣获2016年诺贝尔生理学或医学奖。

2015年

2014年

英国科学家约翰奥基夫和挪威两位科学家爱德华莫索尔和梅布莱特莫索尔因“发现构成大脑定位系统的细胞”获得诺贝尔生理或医学奖。

2013年

美国科学家詹姆斯 E 罗斯曼和兰迪-W。谢克曼,以及德国科学家托马斯-C。苏德霍夫因“在细胞内运输系统领域的新发现,三人发现了细胞囊泡交通的运行与调节机制”获得诺贝尔生理或医学奖。

2012年

英国科学家约翰格登爵士和日本科学家山中伸弥因“发现成熟细胞可被重写成多功能细胞”获得诺贝尔生理或医学奖。

2011年

美国科学家布鲁斯巴特勒和法国科学家朱尔斯霍尔曼因“他们对于先天免疫机制激活的发现”获得诺贝尔生理或医学奖;美国科学家拉尔夫斯坦曼也因“他发现树突细胞和其在获得性免疫中的作用”共同获得该奖。

2010年

英国科学家罗伯特杰弗里爱德华兹因为“在试管婴儿方面的研究”获得诺贝尔生理或医学奖。

2009年

澳大利亚科学家伊丽莎白布莱克本、美国科学家卡罗尔格雷德和英国科学家杰克绍斯塔克因为“发现端粒和端粒酶如何保护染色体”获得诺贝尔生理或医学奖。

2008年

本文仅供投资者参考,不构成投资建议。

2017年诺贝尔生理学或医学奖于当地时间10月2日揭晓。上午11点35分,诺贝尔生理学或医学奖评委会秘书长托马斯·佩勒曼在瑞典卡洛林斯卡医学院诺贝尔大厅宣布,将2017年诺贝尔生物学或医学奖授予3位美国医学家杰弗里·霍尔,迈克尔·罗斯巴什和迈克尔·杨,以表彰他们“发现了控制人体昼夜变化的分子机制。”

杰弗里•霍尔(Jeffrey C. Hall),迈克尔•罗斯巴什(Michael Rosbash)和迈克尔•杨(Michael W. Young)。他们发现了地球生命节律的分子机制,解释了生命包括人类的内部“生物钟”究竟如何工作,以预测和适应正常的生物节奏,使之与地球律动(每24小时一个周期的昼夜节律)保持同步。

诺奖得主通过果蝇了解了这种“周期基因”的实际运作。1984年,布兰迪斯大学的杰弗里•霍尔和迈尔克•罗斯巴什,与洛克菲勒大学的迈克尔•杨密切合作,成功地分离出了“周期基因”。前两人接着发现了晚上被编码的PER蛋白质在白天会被降解。因此,与昼夜节律同步的PER蛋白水平在24小时周期内出现震荡。

杰弗里•霍尔和迈尔克•罗斯巴什假设PER蛋白阻断了“周期基因”的活性,并认为通过抑制反馈回路,PER蛋白可以阻止其自身的合成,从而已连续的循环节律调节自身的蛋白水平。

这个模型是诱人的,但几块“拼图”失踪了。为了阻止“周期基因”的活性,细胞质中产生的PER蛋白必须到达遗传物质所在的细胞核。二人工作已经表明,PER蛋白在晚上建立在细胞核中,但到底怎么到达的仍不得而知。

1994年,迈克尔•杨发现了第二个“周期基因”,它编码正常昼夜节律所需的TIM蛋白。他的工作表明,当TIM结合PER时,两种蛋白质进入细胞核,在那里阻断“周期基因”的活动以封闭抑制反馈环.

由于三位获奖者的创新发现,昼夜节律生物学发展成为一个庞大而高度活跃的研究领域,对我们的健康和生命有着重大影响。

2017年10月2日诺贝尔生理学或医学奖得主为美国科学家杰弗里C. 霍尔 (Jeffrey C. Hall),迈克尔·罗斯巴什(Michael Rosbash)和迈克尔W·扬(Michael W. Young),获奖理由为奖励他们在有关生物钟分子机制方面的发现。

杰弗里霍尔,美国遗传学家美国人文与科学学院院士,1971年获西雅图华盛顿大学遗传学博士学位,1974年成为布兰代斯大学教员。2017年获诺贝尔生理学或医学奖,他们发现控制昼夜节律机制,换而言之即生物钟。

1984年他和迈克尔罗斯巴什的研究小组克隆了果蝇的周期基因,这个基因能够调节果蝇的生物钟。他们还揭示出该基因锁编码的信使核糖核酸和蛋白质含量随昼夜节律而变化。

迈克尔罗斯巴殊,1944年于美国密苏里州堪萨斯市出生,美国国家科学院院士,现为美国布兰戴斯大学生物学教授暨霍华德休斯医学研究所研究员,2017年诺贝尔生理学或医学奖揭晓, 杰弗理·霍尔、迈克尔罗斯巴殊和迈克尔杨共同获奖,以表彰他们“发现控制生理节律的分子机制”。

Michael W. Young1949年出生于美国迈阿密,1975年从美国德州大学获得博士学位,1975年至1977年,他在斯坦福大学做博后。1978年起他一直任职于美国洛克菲勒大学,迈克尔杨博士的研究对象是昼夜节律钟,这是一种内源性机制,能够记录和调节在大多数生物体上观察到的日常活动。

扩展资料

2018年诺贝尔生理学或医学奖授予两位免疫学家,美国的詹姆斯·艾利森(James P. Allison)与日本的庶佑(Tasuku Honjo),以表彰他们“发现负性免疫调节治疗癌症的疗法方面的贡献”。

James Pallision, MD他在德州大学奥斯汀分校获微生物学学士学位,后又获生命科学博士学位,他是美国国家科学院院士,霍华德休斯医学研究所研究员。2014年获生命科学突破奖,唐奖生技医药奖,霍维茨奖,盖尔德纳国际,哈维奖,2015年获拉斯克临床医学研究奖。

Tasuku Honjo(日语;本庶佑),日本免疫学家,美国国家科学院外籍院士,日本学士院会员。现任京都大学高等研究院特别教授,文化勋章表彰,文化功劳者,亚洲百大科学家。本庶教授因 PD-1活化诱导胞苷脱氨酶的有关研究举世闻名,曾获得首届唐奖生技医药奖,京都奖以及华伦阿波特奖等重要荣誉。

参考资料百度百科--2017年诺贝尔奖

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