10月15日，未來論壇科技創新峰會在北京召開。峰會上，首屆未來科學大獎物質科學獎得主、清華大學副校長薛其坤教授做了主旨演講——《神奇的量子世界》， 對其獲獎的主要成果和研究歷程進行了介紹，向聽眾們展示了量子世界的神奇。
在對量子世界的未來進行展望時，薛教授動情地說道：“在量子世界，一定還存在著許多許多未知的奇妙現象，它們可能遠遠超出了我們的想象力。但是，只要我們敢于想象、樂于好奇、善于挖掘，也許若干年后它們就會回眸轉身，出現在燈火闌珊處，甚至會造福于我們，使我們的技術產生變革，使我們國家科技變的更加的強大，甚至使我們人類的生活變得更加美好，正如未來科學大獎的初衷一樣。所以我們生命不息，想象不止，追求無涯！”
有熱心“迷妹”邊聽講邊為偶像“wuli薛大大”做了一套照（表）片（情）集（包）
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from 未來論壇
果然每個科學家心中都住著一個段子手。一本正經的科學家們high起來也是沒誰了。
當然，薛教授演講中也不乏干貨，大數據文摘也從現場為您帶來一手演講實錄，以下為薛其坤教授演講全文：
*根據主辦方提供的速記整理，在不改變原意的情況下，部分有刪改。
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今天我給大家匯報的題目是“神奇的量子世界”。
包括三個方面：首先跟各位介紹一下量子世界的基本概念和我們研究量子世界所需要的基本工具。第二，以我這次獲獎的主要成果和我們的研究歷程，向大家展示一下量子世界的神奇和微妙。第三，給年輕人一點感想和做一些簡單的展望。
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量子世界的基本概念
我們每天生活的宏觀世界大家都非常了解。描述宏觀世界經典物理學規律的基本規律就是牛頓力學，即牛頓的三大定律，最重要的是牛頓運動方程，牛頓方程F=ma。這個F就是宏觀物體受到的力，這個m是它的質量，a是它的加速度，加速度可以寫成宏觀物體在某一個時刻的位置x對時間的二階導數，這是非常簡單的微分方程。
如果我知道了這個宏觀物體在任何時刻受到的力F，我對簡單的微分方程進行積分，我們就可以得到宏觀物體在任何一個時刻的位置。比如我們從T=0在北京，過一段時間我們到上海，知道力的情況我們會把每一個時刻這個宏觀物體所處在的位置會精確的確定下來，這是為什么我們看到我們的火箭、航天飛機的運動會被嚴格地進行控制，主要利用的就是這個運動方程。這樣一個規律告訴我們，從出發點北京到達上海，這個運動的軌跡一定是連續的，因為每一個時刻的位置我們都是知道的。
在經典世界還有一個電磁學的經典規律，就是歐姆定律。歐姆定律是什么呢，歐姆定律就是說，一個導線，這個導線中通過的電流與加在導線兩端電壓V是成正比，與導線電阻成反比。這個電阻會導致我們導線發熱，發熱的大小熱量Q等于電流平方乘以電阻和用的時間T。如果導線電阻越大消耗能量越多，所以我們一般會選擇比較便宜的銅線，金導電很好，電阻非常小，但是金很貴，都用來給女士們做戒指了。這是經典的力學和經典的電磁學。
但到了量子力界，這兩個規律就不太適用了。我們的物理量，剛才我提到的位置不再是連續的變量，從北京到上海，按照量子力學的基本規律，我們只能允許幾個位置，人只能出現在濟南、南京、上海，不能出現北京到濟南到南京的任何一個地方。那這個電子怎么到達上海？是通過空間的穿越，非常的神奇。
這時候牛頓運動方程不再起作用，而是波動方程起作用。上世紀三十年代有若干個物理學家共同努力，建立了上世紀三個重大科學發展之一，就是量子力學的建立，有三次諾貝爾獎授給了建立量子力學的物理學家。
大家可能還熟悉上世紀另一大科學發現，相對論的提出，是科學大師愛因斯坦提出的。他在1921年的時候也獲得了諾貝爾獎物理獎，這個獎不是獎給他在相對論方面的貢獻，而是獎給他解釋了光電效應。大家都知道太陽能電池、光伏電池等等，是一個與之非常有關的物理現象，他在解釋這個效應的時候首次提出光是可以量子化的，變成一份一份，最小的單元就是一個光子，它的能量也是分離的。所以從連續的變化到量子世界的微觀世界，我們很多的物理量，很多的操作器件用的參數都和經典的世界不一樣，這時候會出現一系列奇妙的現象，甚至是詭異的現象。
第一個已經用到我們生活里的就是電子穿墻術。
這時電子的流動不再遵守歐姆定律。這像一個人，把我變成一個微觀電子，我會穿過銅墻鐵壁到外邊去，而我這個人毫發無損，在量子力學上這叫電子的量子隧穿。還有我們今天獲獎的內容之一，量子霍爾效應、超導、超流。超流不遵守一般的流體像我們熟知的水的運動規律，它沒有黏附力了。如果我用超流的液氦像水一樣做一個游泳池，你把我扔進去，我永遠不能動，當然我可以擺手，但是我的質心，我的位置是永遠停在那個地方，因為沒有摩擦力了。如果放一個圓盤（讓它）轉起來，在超流液氦里它會永遠不停的轉下去，上億年，甚至比地球的年齡還要長。
既然這么神奇，像電子穿墻術這么神奇，是真的嗎？真的，我們已經用這種奇異的量子現象做出一個強大的實驗工具。1981年的時候，由瑞士兩個科學家 Binnig和Rohrer，利用電子量子隧穿——穿墻術發明了一個掃描隧道顯微鏡，五年之后的1986年他們獲得了諾貝爾物理獎。這個掃描隧道顯微鏡STM 給我們提供一個強大觀察微觀世界最明亮的眼睛，我們可以看到原子。我剛才講微觀世界很小，大部分情形看不見，摸不著。我們中國有一句古話，要想玩兒瓷器活，你必須有金剛鉆，你想研究微觀世界的量子世界，你必須有合適的工具，掃描隧道顯微鏡就是這樣一個工具，而它依據的原理就是我剛才提到非常詭異的電子穿墻術。
這是它的示意圖。示意圖上面有一個探針，導電的，下面是我研究的物體，也是導電的。我把這兩個連起來加上一個電壓，如果探針前端和這個物體不接觸，我們平常講的斷路的情況下是沒有電子流動的。
但是如果你把探針的最前端到研究物體表面距離變到一個納米以下的時候，電子就會越過真空——斷掉的空間這個銅墻鐵壁穿過到達下面研究的物體，電子開始有流動了。而且這個電流與針尖和研究物體之間距離成指數關系，距離每變化0.1個納米，這個電流會變成一個量級，所以當探針在物體表面上掃描，如果這個地方缺一個原子，距離大一點點，電流馬上戲劇性的降低，如果掃到的那個地方原子多出來，距離變小一點點我們也能測到變化，用這個原理做成了掃描隧道顯微鏡，所以是利用了非常神奇的量子現象。
我們用這個儀器可以看到物體表面上一個個原子，知道它是怎么排列的，我們不但可以看到這個原子，以及給定一個物體的原子排列，我們還可以把原子像我們建房子的磚頭一樣隨便擺來擺去，這是美國IBM Don Eigler用STM寫的IBM，用了35個氙原子，還可以用48個鐵原子，在我們地毯上擺上非常漂亮的圓，這是開創了納米時代的非常重要科學和技術的研究工具。
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獲獎的主要成果和我們的研究歷程
我用的主要實驗工具之一就是這個用到神秘的量子隧穿原理的掃描隧道顯微鏡。在量子世界，有時候多一個原子少一個原子都不行，我們怎么能做出這種材料呢？
大家都知道我們信息技術高速發展到今天，最根本的是材料，就是要做出非常高質量的半導體材料，我們只有做出非常高質量的半導體材料，我們才能在量子世界有所作為，如果材料不可控，我們研究會變的不可控，我們對電子器件的性能也會變的不可控。
我們常問，一個半導體材料到底多純才算純？99%算不算純？99.9999%純不純？下面你可以看到，在量子世界上我們追求材料純度是無止境的。我用1998年的一個數據（來說明），這個數據說的是我們做集成電路用到的硅材料，它的導電性隨著它的雜質濃度的變化的情況。如果10億個硅原子排列成晶體，如果中間一不小心有一個雜質，相對于絕緣的硅，其電阻會變成三個量級，達到3000倍的變化。這要求我們研究量子世界時，對材料控制也要達到非常高的水平，這就需要非常強大的制備量子材料、探索量子世界強大的實驗工具。這方面（也是我非常熟悉）的工具之一就是分子束外延，這是上世紀七十年代、出生在北京的華人物理學家卓以和先生在美國貝爾實驗室和他的同事J.Arthur先生開發的。我寫一個科普文章的時候曾經引用過戰國辭賦家宋玉說的一句話，“增之一分則太長，減之一分則太短，著粉則太白，施朱則太赤。”量子世界多一個原子嫌多，少一個量子嫌少。用分子束外延技術就可以在量子世界達到一個境界，可以有大作為，我們可以做出最高質量的薄膜樣品，做到化學成分嚴格的可控。
我1992年開始學習掃描隧道顯微鏡和分子束外延技術，二十多年了一直在這個領域里學習、探索，并且有所發展，能升級改造。后來我還學習使用了另一個強大的工具——角分辨光電子能譜，在座的丁洪教授是角分辨光電子能譜頂級的專家。把這三個非常頂尖的技術在超高真空結合在一塊，就有了這么一個（如圖所示的）更強大的武器，這使我們研究量子世界時有了研究量子世界的金剛鉆。我們不但對我們研究的材料樣品達到原子水平的控制（利用的就是分子束外延），而且我們還知道它到底是不是達到了我想要的，因為我有最明亮的眼睛——掃描隧道顯微鏡。而且，它宏觀的性質是不是適合鄧老師鄧鋒做的器件，我可以用角分辨光電子進行測量、判斷。大家知道，實驗技術發展是非常重要的，需要你下大工夫，因為每臺儀器的操作都是非常復雜，而且非常昂貴。要保證三臺儀器同時進行工作（很不容易），弄不好你的實驗室一年11個月是在修儀器。這張照片是我在清華實驗室三個尖端技術結合的系統，是在超真空系統下的結合。而且，我還使用類似的技術，從1990年開始一直在琢磨著怎么使材料的生長達到極致，從九十年代的化合物半導體，到2000年回國做的寬禁帶半導體，大功率半導體，電子器電的，到2010年的拓撲絕緣體，包括非常復雜的氧化物高溫超導。一直琢磨在量子世界怎么做到極致，怎么控制量子行為，控制它詭異的現象。
有了這個強大的武器。作為研究組的組長，作為一個科學家，有了這個功底以后你要做什么呢？這時，我們國家處在這個時代，想想2000年以后，2005年以后，2008年奧運會以后，特別我們國家的經濟在2006年以后GDP達到了第二，我們有作為的企業家開創了一批創新的企業，促進了經濟的發展。這時候你作為一個科學家，有了這種利器應該做什么？像這次未來科學大獎瞄準科學上的皇冠，瞄準科學上的鉆石，就是希望用最強大的武器攻克最難的科學問題。當時，在2005年的時候，我就選擇我所在的凝聚態物理的非常重要的方向，即拓撲絕緣體和高溫超導。這兩個剛好是今天論壇后面要研討的話題---挑落歐姆定律的量子現象和應用展望。
這是一個時間軸，讓我們回顧一下（過去），我講一講微觀“歐姆定律”的圖像是什么。
1879年美國物理學家霍爾發現霍爾效應，就是在磁場下材料的霍爾電阻隨著磁場會線性增加的效應。你加的磁場越大，電阻會越大，這叫霍爾效應，這是外加磁場造成的。如果我把這個材料換成一個磁性的材料，用材料本身產生的磁場也會產生霍爾效應，因為它行為不需要外加磁場，原理不一樣，所以名字叫反常霍爾效應。大家可以看到。磁場等于零，不加任何磁場也有霍爾效應。這是霍爾在1年多里發現的兩個重要的現象。到了1980年，100年后，德國物理學家在研究我們集成電路硅器件時發現了整數量子霍爾效應，這個效應再次展現了量子世界的奇特。我在這里稍微多花個1分鐘給大家解釋一下。
大家看到這個磁場和霍爾效應一樣是線性變換，磁場越大，霍爾電阻越大，但是磁場到了一個點值的時候，某一個磁場值時，出現了一個平臺，也就是說在這個平臺上，加磁場以后，霍爾電阻不發生任何的變化。你剛才看到霍爾效應。它不是一個經典的正確的真理嗎？怎么在這里加了磁場時，這個平臺上這個電阻不發生變化了呢？這就是量子世界的奇特之一。
第二個，也是更加奇特的，是這個平臺對應著霍爾電阻的值是一個物理學常數乘上一個正整數。這個物理學常數就是普朗克常數，除以電子電荷的平方，再乘上一個正整數，你稍微仔細一想，這太奇怪了！為什么呢，當你每換一個材料的時候，它所有性質都會發生變化，比如電阻、比熱、比重、硬度等等都會發生變化。在這個平臺上，只與物理學常數和正整數有關，換任何一個材料都是一樣的。這個現象一定對應著一個非常廣泛的規律，一個普適的規律，跟材料沒有關系。你能舉出任何一個性質跟材料沒有關系嗎？它在這里出現了，這兩點說明了整數量子的霍爾效應隱藏著非常神奇的物理現象，是奇妙的量子世界。
1982年我們把材料再換一下，換成砷化鎵，就是做激光筆的半導體材料時候，美國三個科學家發現了分數量子霍爾效應。這個也很奇怪，我就不在這里解釋了。1983年發現了拓撲物態，這是隨著科學發展的另一個進展。由于結果，剛才我談到的這些神奇的量子現象，1985年德國科學家克利青因為整數量子霍爾效應獲的發現得了諾貝爾物理獎。1998年，三個美國物理學家，包括華人物理學家崔琦先生，因發現分數量子霍爾效應獲得1998諾貝爾獎。大家更加熟悉石墨烯，石墨烯是2005年發現的，因半整數量子霍爾效應，（發現者）在2010獲得諾貝爾獎。所以從霍爾效應到霍爾效應的量子化，不管是在硅中，砷化鎵中還是石墨烯中，都因為這種奇特的量子效應而斬獲諾貝爾獎。剛才我講的這里，涉及到一個基本的參量—物理量，就是磁場，只有加磁場才會出現這個平臺，才會出現這個霍爾效應。這個磁場有多大呢，是非常的大，要10個特斯拉，要產生這個磁場的話，所需的儀器比人還高，造價幾百萬，所以要達到這個量子化需要非常昂貴的儀器。我再提醒一遍，剛才我講的是霍爾電阻出現了量子化，但是歐姆電阻在量子霍爾態下等于零，歐姆電阻（我剛才講）是造成器件發熱的，如果量子霍爾態它的歐姆電阻變成零的話，這不是開創了一個發展低能耗器件、未來信息技術非常好的方向嗎？但是，由于昂貴的強磁場儀器很難把這個作為應用。你自然就問，剛才提到有反常霍爾效應，它是不需要磁場，是靠本身磁場就能造成霍爾效應，能不能實現反常霍爾效應的量子化？這個在2013年（也是這次獲獎的重要內容之一），我們這個團隊，在清華大學的團隊和科學院物理研究所合作，加上與斯坦福大學張守晟教授合作（張守晟教授是未來科學大獎的顧問），最后一起經過133年以后，在反常霍爾效應的量子化上做出了重大的實驗發現。之所以我花比較長的時間解釋（量子霍爾效應）神奇的地方，包括在這樣一個神奇道路上一系列諾貝爾獎的產生，就是因為這太重要了。
我們回想一下，十九世紀末我們國家正處在半封建半的社會，我們基本上沒有現代的科學研究。在量子霍爾效應發現的年代，上世紀八十年代，也是我們這一撥人剛上大學的時候，中國進行了改革開放。但是，那個時候我們在高級的實驗技術，即剛才我講的金剛鉆一樣的實驗技術還比較缺乏，我們不能趕上量子霍爾效應研究的大潮。2013年的時候，在座的都清楚，我們國家經過三十多年的改革開放，國家對科學的重視，像科學大獎的捐款人一樣，國家對科學技術的投入增大，這才使得我們有科學利器，最后做出了這樣一個成果。
我這次獲獎的重要內容是實現了量子反常霍爾效應，其實現經過了133年的歷程。隨著國家的科學發展、我們國家的強，我們大才走到了今天。從這個角度去看還是非常的不容易，這就是剛才我在開始的時候為什么講你們做的事業是一個壯舉，是一個里程碑性的工作。你們在這個關鍵的時刻給我們科學家提供了非常好的鼓勵。
再說下去就是今年的諾貝爾物理獎。1983年提出的拓撲相變和拓撲物態的理論，三位科學家獲得了今年的諾貝爾物理獎。
評獎委員會內容介紹中，他們把我們的量子反常霍爾效應作為拓撲物質相最重要的發現寫進去了，雖然我們做出了量子反常霍爾效應不是沿著當時理論框架做出來的，但是我們非常自豪，因為這一次是作為最重要的拓撲物質相或者拓撲物質態寫在了上面。這說明我們實驗工作水平已經達到了這個地步，也可以說我們的實驗發現大大推動了部分理論物理學家拿到了這個獎。我們怎么做出的量子反常霍爾效應呢？這得益于我們國家的經濟發展。
2005年的時候，我們實驗室已經有了非常好的技術條件，這時候，以華人物理學家張守晟和其他美國物理學家，在我剛才提到的八十年代諾貝爾獎工作的基礎上，他們直接把拓撲物質相的材料，通過另一個途徑提出來了。當然，這是科學上一個巨大的跳躍，盡管他們今年是獎勵給更早期的工作。這個圖就是他們提出的拓撲絕緣體包括磁性拓撲絕緣體，左邊是我們用量子力學能簡單解釋的一般的絕緣體。比如碗，它是絕緣的；右邊是一個導體，它是金碗，是導電的。用量子力學可以解釋這兩個為什么不一樣。
什么是拓撲絕緣體？拓撲絕緣體也是一個很神奇的量子現象，它就像一個陶瓷碗上鍍了一層非常薄（大概一納米厚）的薄膜，有意思的是，這個金膜你弄不掉，你把金膜用刀刮掉它馬上會自發的產生新的金膜，你再掛掉，甚至刮的再厚一點，你把它砍掉，厚度減小一半，它還是存在，你打成碎片也沒用，它還是存在，除非把這個材料徹底分解變成原子，否則這一層金膜就會永遠像鬼一樣附在陶瓷碗的表面。磁性拓撲絕緣體也很神奇，剛才你提到這層金膜去不掉，但通過在材料中引入磁性，我們就可以把大部分地方的金膜自動的去掉，只剩下邊緣部分，邊緣上的（金膜）也是搞不掉的。這是2005年從理論上發現的拓撲絕緣體。
這里我還有一個小故事跟大家分享。人有很多機遇，2005年（理論）提出時，我們剛開始并沒有關注。2008年我們才進入這個領域，是因為我們意識到，張守晟和物理所方忠等提出的（材料）非常適合于我們的分子束外延技術后才進入這個領域。由于我們有好的實驗技術，有二十多年的積累，很快出了成果。這個成果讓我的好朋友，今天在座的張富春教授知道了。他在2009年6月份組織了新前沿科學方向的拓撲絕緣體論壇，邀請我去介紹我們的初步結果，正好張首晟也在這個會議上，原來張老師一直在尋找一個合適的實驗合作者，因為這次會議我們兩位從理論和實驗上進行了密切的合作，最后導致了量子反常霍爾效應的發現，所以有好朋友非常重要。
2008年，我們建立了精確控制化合物拓撲絕緣體的分子束外延生長動力學；2009-2010年：證明拓撲絕緣體，剛才那層金膜是受時間反演對稱性保護和無質量狄拉克費米子特性；2011-2012年：制備出剛才我們談到的磁性的拓撲絕緣體；2012年10月發現量子反常霍爾效應，12月完成所有實驗，在2013年4月發表。
大家看的照片就是當時我們開始進行研究時制備出來的、當時在國際上屬于質量最高的拓撲絕緣體薄膜。左邊這個告訴大家這個薄膜非常的平，但是一旦放大，用我們明亮的眼睛去看一下你會看到一個個的硒原子，就是Se原子。更加重要的是你看不到一個亮度不同的亮點，說明這個材料一點雜質都沒有。這說明在化學反應的時候，當我施加了200個Bi原子和300個Se原子，最后反應得到的產物包含的雜質不會比一個多多少，頂多缺一個或者頂多少一個原子。這導致我們做出一個嚴格化學配比，Bi和Se的比例是2:3的化合物，而且達到了百萬分之一水平的精度。這個當然很難。我們能做到的水平，和我們剛才提到的20多年的積累有密切關系。實際上這不是最難的。
量子世界不好對付，這不是最難的，量子反常霍爾效應最大的挑戰是要制備出有磁性的、有拓撲性質的，還要是絕緣的薄膜，而且我們不知道薄膜該有多厚。我做一個形象的比喻，這個材料性質就好比要求一個人你要有短跑運動員的速度，像博爾特一樣跑得那么快，同時你還要非常有力量，你還要有體操運動員的技巧，要想做到三不像，很難。我們的量子反常霍爾效應需要的材料就是這樣，所以這是非常大的挑戰。
還有其它挑戰，我們為了做量子反常霍爾效應的測量，為了用宏觀電子設備進行測量，需要在一厘米見方物體上，像指甲蓋大小，在上面生長5納米厚非常均勻的薄膜。這首先是個技術活，是個工匠活，這也很難。做一個比喻，相當于你要做一張A4紙，這個A4紙是200公里見方。我們把A4紙做得很均勻沒問題，像計算機屏幕大沒問題。如果你水平高，把A4紙做的像我們房間這么大，而且很均勻，沒問題。再大就有問題了，像北京市這么大的面積的A4紙，在門頭溝區和朝陽區的厚度完全是一樣的，這就不容易了。用分子束外延我們做出了這個材料，這克服了一系列的挑戰。
由于剛才一系列的挑戰，我們花了四年多的時間，即使我們剛開始的起點非常高也花了四年的時間。這是量子反常霍爾效應電阻隨著時間的變化。2010年到2011年，一年之內電阻幾乎是零，樣品全部是導電的。而我們要實現量子化電阻應該是h除以e一的平方，它對應的電阻值是25812歐姆。前面幾年做出來的幾乎是零，又花了半年多提高了幾百歐姆，離我們兩萬多歐姆差的非常非常遠，中間有很多的放棄，最后功夫不負有心人，由于我們的堅持，在2012年10月12日那天出現了轉機。那一天因為情緒不好，沒有進展就早回家了。剛停下車我學生的短信就來了，10：35分。他說薛老師，量子反常霍爾效應出來了，等待詳細測量。
過去一個多月的郁悶一下子消失的一干二凈，一晚上興奮的沒有睡著覺。當時他看到的圖就是中間的這個數據，大家看到，紅線靠近屋頂，到了屋頂就是量子化。更重要的是，黑線歐姆電阻在這個點上同時下降了。以前兩個都是一起上升，要不就是一起下降。這是最重要的量子反常霍爾效應的跡象，所以非常興奮。當時測量的溫度是1.5K，是王亞愚老師、我們的實驗合作者實驗儀器的最低工作溫度。這時候，我找到以前在科學院物理所工作時 的同事呂力老師，他有溫度低到幾十毫K的儀器。把我們的材料放這個儀器測量，二個月之后實現了量子化。這是諾貝爾獎評選委員會在整個文章中引用的最重要的一篇個相關實驗數據（我認為），就是我們這張圖。
我當時比較有信心，知道最后那天會完成實驗，我提前在機場買了瓶非常好的香檳酒。那天，所有實驗完成后，我們團隊所有成員一起照了個相。學生們雖然用的是紙杯子，但是裝的是Don Perignon——最好的香檳。
剛才我已經談了量子反常霍爾效應，是全新的效應，是不需要外加磁場的量子霍爾效應，所以它提供了一個不需要外加磁場的歐姆電阻等于零的信息高速公路。我們平常的電子器件，如晶體管如果變的非常小，那里的電子像我們在交通擁擠路口的汽車一樣，而處在量子反常霍爾效應的電子像高速公路的汽車一樣。它們按照自己的軌道勇往直前，絕對不走回頭路，所以，為未來信息技術發展，量子反常霍爾效應提供了全新的原理，使我們可以做出低能耗的量子器件，還可以用它和超導一起做量子計算。
下面用5分鐘講這個超導，也是我的團隊這次獲獎的原因之一。
超導現象也是非常奇特的量子現象，1911年由一個荷蘭科學家發現，兩年以后，他因這個重大發現獲得了諾貝爾物理獎。大家知道對大部分材料來講，如果降溫的時候，它的電阻會一直的下降。絕大部分材料，即使降到絕對零度還有一點電阻。另一種材料，當降到某個特定的溫度——轉變溫度，電阻會變成零，所以這是超級導電，歐姆定律也不適用了，而且它有完全的抗磁性。如果我們用這么一個超導體做一個圓環，通上電，一直使它處于超導，這個電流會永遠永遠地流下去。因為電阻等于零，按照歐姆定律，剛才我們提到發熱的問題就解決了。電阻等于零，它產生的熱量也等于零，所以這是非常重要的現象。如果我們在室溫下實現了，這意味著我們電子器件一旦供上電就永遠不用管它。
室溫下的超導將和電的發明一樣重要。大家可以想象想象超導這個領域是非常重要的，今天在座的丁洪老師、張富春老師、謝心澄老師、賈金鋒老師都是這方面的專家。大家可能看到電影阿凡達，這高山實際上就是一個室溫下的超導體，所以它可以浮起來。有很多的應用，大家可以想像，導線沒有電阻了，所有的電子器件，所有的輸電線路，都會大大的降低能耗。因為這種現象非常的神奇，光超導這個領域就五次拿到諾貝爾獎，1913年、1972年、1973年、1987年，2003年。超導研究總體的路子，不說大家也知道，就是怎么提高材料達到超導狀態的溫度。大部分材料達到超導要溫度非常低，一般是液氦（溫度）以下。液氦是大概是4K，如果材料工作在液氦溫度要花非常大的能量。第二個非常重要的就是77K，這是非常重要的溫度點。為什么，77K就是咱們的液氮溫度。如果你找到77K就可以實現超導狀態的材料的話，你把你的材料泡到液氮里，就可以實現我們剛才說的綜合的應用。液氮很便宜，每升4塊錢，就是兩瓶礦泉水，你少喝點礦泉水，這就有這樣經濟價值了，你們企業家和政府對這個感興趣，只要把這個儀器泡在液氮里，它像礦泉水一樣貴，那這個東西是可以用的。但是，若大部分應用要用液氦，液氦每升100塊錢，一般儀器每天要用10升，那就需要1000塊錢，所以你的儀器每天要喝一瓶茅臺，你用不起。
提高超導轉變的溫度，是超導專家夢寐以求、一直追求的目標。結果，這個事件發生在1986年，瑞士的科學家發現超過77K溫度的高溫超導現象，1986年發現，1987年拿諾貝爾獎。我講拓撲相變是1983年就提出了這個理論，過了二十幾年到今年才拿諾貝爾獎。他們是1986年發現，第二年就拿獎。因為在液氮里，做出的新一代電子器件可以工作。他的機理在哪里？科學的機理在哪里？三十年過去了，一塌糊涂。今年1月份有一個美國科學家評述這方面的理論，他說了一句話。他說至少有14個諾貝爾獎，包括成千上萬的物理學家都在這個領域工作，都提出了理論、模型和想法，大部分都非常有意思，但是互相矛盾，他把他們倆發現的銅氧化物超導機制的解決稱之為物理的巨人之戰。到現在還沒解決。
我在2008年的時候，不像其他幾位老師已有了深刻的成就，我們剛剛才了解一點高溫超導。忽然有一天我有一個想法（這個示意圖），能不能用中國魚與熊掌兼得的策略解釋77K這個溫度下的超導現象？但是我不確定，因為我對高溫超導了解不多。我在2008年6月6日請我兩個好朋友，北大的謝心澄老師和當時在香港大學的張富春老師，他們兩個都是超導專家，張富春是在高溫超導發現以后水平最高的科學家之一，我說，我這個理論，你們告訴我值不值得做，對還是不對。6月6日，我選了一個比較吉利的日子向他們匯報，我用紅字標出來就是當時報告的封面，我寫到“joke or breakthrough”。就是我這個想法，究竟是個有可能出現的突破還是一個笑話？開了半天的會，因為都是好朋友，（我猜測）他們可能知道我不對，但是沒好意思說。晚上吃飯的時候他們說了這樣一句話，想法可能很好，但是你還是用實驗證據證明最好，沒有這個可能很難辦。結果我們又花了四年，2012年在《中國物理快報》做出了魚與熊掌的東西，單層原子厚的鐵硒，長在這個材料上。可以看到，中間這張照片告訴我們材料質量非常高，而且有一個非常大的超導能隙，期盼已久的讓我有了不眠之夜的現象，看到了我想要的現象。后來跟我的學生北京大學王健，上海交大賈金鋒，清華大學王亞愚，復旦大學封東來，斯坦福大學Moller，中科院物理所周興江、丁洪、趙繼民，斯坦福大學沈志勛，東北大學高橋隆等等實驗都表明，這是在1986年77K以上的銅酸鹽氧化物后第一個高溫超導物質，雖然還需要進一步證實。右邊，這是一個美國科學家寫的，說我們確實開創了一個新的前沿，New frontier for superconductivity.我今天的報告就差不多了，沒有延時很多。下面我就總結和談談感想。
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總結與寄語
這一次大獎，我非常榮幸能作為第一個獲獎人，這將對我以后的發展像注入了原子彈一樣、核反應堆一樣的動力，雖然我已經50多歲了，我現在的心年輕了20多歲，我會繼續努力。這兩個成果的獲得，有以下幾點體會，第一有高超的、甚至爐火純青的實驗技能；第二作為一個優秀的物理學家，你要有優秀的對學術前沿把握能力，尤其你率領團隊進行攻關；第三，刻苦的工作作風。最后，因為牽扯到不同的測量，你需要有優良的團隊精神。最后，想要做更重要的追求科學皇冠上明珠的科學家，你要有敢于創新的魄力和勇氣。雖然我當時的挑戰權威的理論想法最后沒有完全被證實，但是，在這時候要，能敢于從現在理解的知識范圍內產生一些完全創新的思想，這一點上你還是要有點勇氣。否則，你可能被大腕們打下去（精神）就起不來了。當然，這要建立在前面的4項的基礎上，你沒有這個功底和水平，光有勇氣不是膽大妄為就是無知無畏。
最后我做一個展望，我不知道我講的到不到位。這幾天很激動，由于演講激動，不像以前比較充分一點，有點緊張（馬上就驗證了）。今天，我試圖用半個小時跟大家展示一下量子世界是多么的奇妙，而且它對我們未來的技術，對于我們國家的經濟發展，甚至國家的強大，量子力學、量子物理都會起到非常重要的作用。最后，做一個展望，在量子世界，一定還存在著許多許多未知的奇妙現象，這些奇妙甚至詭異的現象可能遠遠超出了我們的想象力。但是，只要我們敢于想象、樂于好奇、善于挖掘，也許若干年后它們就會華麗轉身，出現在燈火闌珊處，甚至會造福于我們，使我們的技術產生變革，使我們國家科技變的更加的強大，甚至使我們人類的生活變得更加美好，就像這次大獎設置的理想一樣。所以，我們生命不息，想象不止，追求無涯！
最后，感謝我長期的伙伴賈金鋒、馬旭村、何珂、王立莉等。我的博士后，還有我的非常優秀的學生，實驗合作者王亞愚，呂力等老師，理論合作者張首晟等，感謝國家給我們提供非常好的條件。最后再次衷心感謝未來論壇給我提供的機遇，感謝未來科學大獎科學委員會對我工作的評價，最后最衷心的感謝，捐贈設立這個大獎的有識之士，他們給我們科學家注入了極大的正能量，我深深的感謝你們，謝謝大家！
感謝大會主辦方提供速記，部分有刪改
大數據文摘記者|魏子敏
大數據文摘陳穎對本文亦有貢獻
