“诺奖风向标”再度指向中国！它能让你的手机不再发烫，杭州科学家也在做同一件事

近日，2026年度“引文桂冠奖”名单揭晓。中国科学院院士、南方科技大学校长、清华大学教授薛其坤凭借量子反常霍尔效应的实验观测入选物理学奖。

这是中国内地科学家第二次获得这一被誉为“诺贝尔奖风向标”的奖项。自2002年设立以来，已有89位引文桂冠奖得主后来获得了诺贝尔奖。

薛其坤发现的东西，听起来很玄——但它可能决定了你未来的手机、电脑，还会不会发烫。

你大概有过这样的体验：手机用久了发烫，电脑风扇呼呼转，玩游戏时间一长就卡顿。

这些现象的根源，都指向同一个问题：电子在芯片里“跑”的时候，一路都在撞。

薛其坤曾经用一个很通俗的比喻解释过这件事。电子在导体里定向流动形成电流，但在这个过程中，电子会不断发生碰撞，“碰撞就会产生电阻，从而导致在电子传输过程中会存在能量损耗”。

打个比方：电子原本像一群人在拥挤的农贸市场里穿行，你推我搡，走两步撞一下。撞得越多，摩擦越大，发热就越严重。

物理学家早就知道一种让电子“不撞”的办法。在极强磁场和极低温度下，电子会变得“守规矩”——它们不在中间乱跑，只在材料边界上形成一条单向通道，像高速公路上的车道一样，各行其道，遇到杂质自动绕行。

这就是“量子霍尔效应”。 如果用它来造芯片，电子几乎不碰撞，能耗极低，芯片就不会发热。

问题在于：它需要极强的外加磁场。产生这种磁场的设备又大又贵，根本不可能塞进你的手机里。

物理学家一直有个猜想：能不能找到一种材料，它自己就带磁性，不需要外加磁场就能实现量子霍尔效应？

这个猜想就叫量子反常霍尔效应。

“反常”这个词，出自1880年物理学家霍尔发现的反常霍尔效应——当时他发现，某些磁性材料在没有外加磁场时也会出现霍尔电压。而量子反常霍尔效应，就是反常霍尔效应的“量子版本”。

从2009年开始，薛其坤带领清华大学、中科院物理所和斯坦福大学的联合团队攻关。他们用分子束外延的办法，一层一层“长”出一种特殊的薄膜——它同时具备铁磁性、绝缘性和拓扑特性，这三种性质缺一不可。

整整四年，团队制备测试了1000多个样品。薛其坤说：“把不确定性变成确定性，把偶然变成必然，需要穷尽几乎所有可能性，不能漏掉任何一个环节。”

2012年10月12日晚上10点35分，团队成员常翠祖发来一条短信：“薛老师，量子反常霍尔效应出来了，等待详细测量。”

他们成功了。这是反常霍尔效应自1880年被发现以来，首次在实验上实现量子化。

薛其坤团队用的是磁性拓扑绝缘体。而在杭州，西湖大学的科学家正在走另一条路。

西湖大学物理系特聘研究员徐水钢的实验团队，联合物理系副教授朱伟的理论团队，在菱方多层石墨烯莫尔超晶格中构建出拓扑平带，从实验上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手性的原位操控。

两条路有什么区别？徐水钢在采访中用一句话点出了核心：“磁性来源不同。”

薛其坤团队的路线，磁性来自掺杂进去的磁性原子。而石墨烯路线不含任何磁性元素——它的磁性，是电子自己“抱团”形成的。

更直观的区别在“车道数”上。在传统材料里，电子只能走一条“单车道”，陈数被限制为1。而在石墨烯体系中，陈数可以从1连续调到5甚至更高。

简单说：薛其坤团队证明“这条路能走通”，西湖大学团队则在研究“这条路能不能修成多车道高速”。

石墨烯路线还有一个独特的优势——可以“调”。在传统材料里，电子走哪条道，在材料生长时就定死了，做成器件就改不了。而在石墨烯体系中，只要调一下电压，就能切换电子的行进方向，甚至改变“车道数”。

这种“可调”的特性，是未来做可重构电子器件的关键。

从2012年首次实验观测到现在，量子反常霍尔效应已经走过了14年。它离真正走进你的手机，还有多远？

徐水钢的回答很坦诚：“坦率地说，还有相当距离。”

最大的瓶颈是温度。最初只能在接近绝对零度的极低温下观察到，必须用又贵又复杂的稀释制冷机。后来在石墨烯体系中，温度提高到了2K左右，普通制冷机就能观察到。但2K离液氮温区（77K）还差得很远，更不用说室温了。

“要想真正走向应用，很可能需要重新寻找全新的材料体系，而不是在现有体系上小修小补。”

另一个瓶颈是，科学家还想找到一种更奇特的量子物态——分数量子反常霍尔效应，它有望用于可容错拓扑量子计算。但“究竟在什么样的体系中能找到，目前还是未知数”。

引文桂冠奖之所以被称为“诺奖风向标”，是因为它的评选依据是论文的被引用次数——一项研究被全球科学家反复引用，本身就说明它经得起时间的检验。89位引文桂冠奖得主后来获得诺贝尔奖，这个比例本身就是最好的证明。

薛其坤是中国内地第二位获得这一奖项的科学家。去年，中国科学院院士张涛因单原子催化领域的开创性工作首次上榜。连续两年有中国科学家入选，本身就是一件事。

至于量子反常霍尔效应最终会不会拿到诺贝尔奖？没有人能预测。

但有一件事是确定的：从2012年薛其坤团队的“从0到1”，到今天西湖大学在石墨烯路线上“从1到更多”，这项研究正在一步步往前走。

未来你的手机不再发烫的时候，背后可能就有这项研究的一份功劳。

橙柿互动·都市快报 记者 翁丹妮

编辑 陈伊

审核 潘俐 金立鹏

校对 金秋

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