科學人 發行日期:2013/07 刊號:137
分享| 分享至新浪微博 分享至facebook 分享至PLURK 分享至twitter

【科學人看科學人】 拓撲絕緣體預言者 張首晟

撰文/李名揚

從抽象的數學概念建構出理論模型,再預言具體材料,最後獲得實驗證實,而且還有很好的應用潛力……「拓撲絕緣體」讓張首晟獲獎連連,這源自於他的科學品味和戰略眼光。

2012年9月的台北,天氣依舊炎熱,位於台灣大學校園一隅的凝態科學館國際會議廳坐滿聽眾,專心聆聽美國史丹佛大學的華人物理學家張首晟以充滿自信而熱切的語氣講述「市集」、「高速公路」與「拓撲絕緣體」之間的關係:電子在晶片中移動,就像跑車開進市集中,再怎麼高檔也跑不快;但這些跑車若在高速公路上各行其道、互不干擾,就可暢行無阻,這就是電子在「拓撲絕緣體」所能做到的事,也可能是未來電腦持續進步的關鍵。

目前電腦計算速度無法持續提升的瓶頸,在於晶片執行運算時因為電阻產生的功耗越來越高,散熱變成嚴重問題。許多科學家都在尋找讓電子傳輸時不會產生功耗的新材料,2006年,張首晟預言厚度超過6.2奈米的碲化汞薄膜可以形成「拓撲絕緣體」,讓電子無功耗地前進,就像跑車在高速公路上行駛一樣。第二年德國烏茲堡大學的莫倫坎普(Laurens A. Molenkamp)就把這種材料製作出來,成為2007年《科學》選出的10大重要發現之一。主導全球半導體發展方向的「半導體國際科技藍圖」(ITRS)更宣佈,拓撲絕緣體應該成為未來幾年各半導體公司重要的研發方向。

因為拓撲絕緣體的研究成果,張首晟近年來連續獲得多項國際物理大獎。台灣大學特別聘請張首晟擔任訪問講座教授,希望借重他的專業與熱情,推動國內相關領域的發展。台大理學院院長張慶瑞指出,張首晟能把很複雜的理論轉化成簡單的道理,就像他的演講一樣雅俗共賞,更重要的是,這使他有能力說服實驗物理學家跟他合作研究,是他高人一等的地方。不過張首晟分析自己能在拓撲絕緣體開創一番天地,在於他求學生涯中所培養的科學品味與戰略眼光。

看到偉人碑文,決心追求理想
1966~1976年的文化大革命,是中國現代史上最黑暗的年代,社會上充斥著「讀書無用論」,大學關閉,知識份子受到迫害。出生於1963年的張首晟,幼年就在此黑暗時期中度過,他出身於書香世家,父母親都是工程師,文革時期被迫去工廠做工;家裡的一些古書如《論語》等都被紅衛兵抄走,只有古典小說、西方文化和數學、科學這些沒有政治色彩的書保留了下來,收藏在閣樓上。

張首晟從小就喜歡去閣樓看書,使他在那個不鼓勵念書的時代顯得格外奇怪,因而受到同學欺負;但他不理會旁人的眼光,沉浸在讀書的樂趣中。他的父母親則感到很矛盾,一方面因小孩喜歡念書而高興,另一方面也擔心他雖然念了很多書,將來仍可能會下鄉當農民,反而更痛苦。講到這裡,他那帶有上海腔的語調顯得有些無奈。

1 2 3