专家谈凝聚态物理：新材料新现象带来无数可能

■我们的记者莎拉

物理学研究从宇宙到基本粒子的一切事物的运动和相互作用的最基本的规律，因此成为其他自然科学学科的重要研究基础之一。

中国科学院物理研究所副研究员罗以他对凝聚态物理的理解为契机，展望了物理学未来的发展趋势。

凝聚态物理的最新突破

从凝聚态物理的角度，罗从一个普通的基层科研工作者的角度，概括介绍了近十年来的突破。

公众最熟悉的是新能源材料的重要进展，例如发现了各种固态电池，如锂离子、钠离子和铝离子，这导致了更长的电池寿命和更高的储能效率。

在磁性方面，已经发现和研究了各种多铁性材料，在自旋冰材料中发现了磁单极准粒子，并且已经发明了各种新的磁记录和磁存储材料。

在超导方面，近年来铁基超导材料的发现和研究为高温超导打开了另一扇门，为超导应用和机理研究提供了近1000种新材料。

在表面物理方面，物理学家将拓扑学的概念引入凝聚态物理的研究，成功地从理论上预测了三维拓扑绝缘体的存在，并随后通过实验进行了验证。

在纳米物理学中，各种新材料如零维量子点、准一维纳米线和二维纳米烯烃不断被发现。基于这些材料的功能器件已经应用于许多领域，例如电子、光学、磁学、生物学和医学。

如何从新兴技术中受益

“各种新材料和新物理现象的发现为未来的世界应用带来了许多潜在的可能性。”罗对说道。

例如，各种超导材料的发现意味着有可能制备具有更高临界电流密度或更低成本的超导电缆来实现无损长距离传输。这些超导材料丰富的物理特性意味着超导元件的多样性。

在固体材料中发现的各种新的准粒子形式，例如磁单极子和外费米子，意味着有可能使用这些新的电磁传输形式来实现电气元件的新概念，并实现低能耗和高效率的电器。

各种纳米功能材料的出现使得我们生活中的各种物品都具备了纳米魔法技能。例如，石墨烯被制成一种薄膜“保护壳”，可以使手机甚至汽车耐磨、防摔、防撞击。

未来会出现什么样的诺贝尔奖级别的成就

在罗看来，一项科学研究工作是否有用，取决于它的应用是否对人类社会产生重大影响。这可能需要用100年来衡量。根据诺贝尔奖的评价体系，如果一个人期望在最近几年获得诺贝尔奖，这取决于大约50年前所做的研究是否已经超越了那个时代，并对当今社会产生了深远的影响。然而，由于历史原因，这样的作品在20世纪60年代的中国极为罕见。

如今，中国的基础研究大不相同。在凝聚态物理方面，中国科学家取得了许多世界级的重要进展，如铁基高温超导研究、量子反常霍尔效应的发现和费米子的发现。然而，必须清楚地认识到，这些任务仍然需要时间来评估，无论它们是否是诺贝尔奖级的，以及它们是否真的能够在未来对世界产生重大影响。然而，不可否认的趋势是，随着中国基础物理研究投资的快速增长和大批优秀人才的培养，中国获得诺贝尔奖的沃土已经逐渐形成，未来将出现一大批世界领先的研究成果。有了良好的研究环境和尖端的研究团队，获得诺贝尔奖将是一件很自然的事情。

《中国科学报》(国际版，第二版，2015年10月8日)