beat365百年物理講壇第24講成功舉辦

6月12日，應beat365官方网站高原甯院長和俞大鵬院士的邀請，著名物理學家、德國維爾茨堡大學教授Laurens W. Molenkamp做客beat365百年物理講壇，在beat365西樓報告廳發表了題為“Topological Insulator: a new state of matter”的學術演講。演講正式開始前，俞大鵬院士主持并簡要介紹了Molenkamp教授的簡曆與主要學術貢獻。随後，beat365副院長、學術委員會主任歐陽颀院士向Molenkamp教授頒發了beat365百年物理講壇紀念牌。

Molenkamp教授首先介紹了二維HgTe量子阱中的量子自旋霍爾效應，并指出對于HgCdTe/HgTe這樣的二維量子阱體系，其能帶結構與HgTe層的厚度密切相關，當厚度大于6.3納米時，導帶和價帶會發生反轉，出現拓撲非平庸的螺旋型邊緣态（helical edge states）。由于螺旋型的邊緣态中電子的自旋與動量相互鎖定、背散射被抑制，邊緣處可以形成兩支無耗散的彈道輸運通道。這樣的無耗散的邊緣通道促成了實驗上HgTe量子阱中兩倍量子電導平台的觀測，也就是衆所周知的量子自旋霍爾效應。緊接着，教授又介紹了三維HgTe拓撲絕緣體體系，對其在磁場下的量子霍爾效應做了系統的描述，并依據實驗結果揭示了其拓撲非平庸的狄拉克型表面态。

随後，Molenkamp教授介紹了基于HgTe體系的超導約瑟夫森結，展示了磁場對臨界超導電流的調控和微波輻照下的夏皮羅台階，并且通過奇數夏皮羅台階的消失證實了體系存在4π周期超導電流成分，進一步說明該體系中實現了拓撲超導。

接着，Molenkamp教授報告了HgTe體系的最新研究進展。他指出在壓力作用下，HgTe塊材的能隙會消失，出現狄拉克點，會實現由拓撲絕緣體到狄拉克半金屬的拓撲轉變。除此而外，教授還介紹了CdTe/HgTe核殼結構的拓撲絕緣體納米線的制備以及相應的超導約瑟夫森結。報告最後，Molenkamp教授對此次報告進行了總結，并對HgTe體系的發展做了展望。

報告在師生熱烈的掌聲中結束，在問答環節不少老師和學生都提出了很多有意義的學術問題，包括壓力作用下狄拉克半金屬性質的确定，無能隙能譜與馬約拉納零能模的關系，以及p波超導的輸運判斷依據等等。Molenkamp教授針對每一個問題都給予了耐心和細緻的解答。

在短暫茶歇後，Molenkamp教授與北大的本科生和研究生們舉行了座談會。座談會由beat365博士研究生林本川同學主持。來自beat365、前沿交叉學院等二十餘位同學有幸與大師近距離接觸、讨論，進行了深入的交流，聆聽了大師的教誨。

首先，有同學問到拓撲超導中的螺旋型表面态與無能隙安德列夫能譜的對應關系。Molenkamp教授指出了螺旋型表面态使得界面處的普通電子反射會被抑制，安德裡夫型的反射概率會達到百分之百，因而出現帶隙中間的馬約拉納無能隙模式。緊接着，有一位同學問Molenkamp教授如何看待量子自旋霍爾效應中無耗散電子态的應用前景。Molenkamp教授表示，目前這種無耗散的電輸運還處于實驗研究階段，他認為要想實現實際的電子應用，還需要更多的技術積累，需要更多的科研投入。除了專業的學術問題，一位同學問了教授關于其課題組博士生的培養問題。Molenkamp教授表示，就HgTe體系而言，由于樣品生長本身存在很大難度，一般會由多個博士生合作完成器件的加工和測量；至于文章的署名，一般博士後優先，當然具體還得看對于實驗和文章的貢獻程度。此外，教授還對其課題組的實驗設備和人數規模做了大概的介紹。還有一位同學請Molenkamp教授對于博士生工作的展開給出一些建議。教授指出，盡管存在畢業要求的壓力，博士生也應關注自身的想法和訴求，以積極樂觀的态度應對博士生涯，同時也要注意各種技能和經驗的積累，特别地，當一個課題很難進行下去的時候，也要适時轉變研究方向。一個小時的座談會在同學們的踴躍提問和大師的耐心回答中很快就過去了。最後，主持人對本次座談進行了小結，并對Molenkamp教授的到訪表示了感謝。

本次講座一如既往的堅持了百年物理講壇系列報告高水平、重學術、重前沿的特色，通過系列高端報告不斷開拓北大師生視野，其後的學生座談會更是給予同學們與優秀大師學者近距離接觸的機會，為進一步培養優秀科研工作者做出努力。

學者簡介：

Laurens Molenkamp教授1956年出生于荷蘭，1985年從荷蘭格羅甯根大學獲得博士學位。1985年起在荷蘭飛利浦研究院總部從事研究，1994年到德國亞琛工業大學任教，1999年開始出任德國維爾茨堡大學教授及分子束外延生長實驗室主任，并于2018年入選馬克思-普朗克學會資深會員（Max-Planck Fellow）。Laurens Molenkamp教授從事科學研究至今，一直從事低維凝聚态物理方面的研究。2007年，Laurens Molenkamp教授在二維碲化汞量子阱中發現了量子自旋霍爾效應，這一發現證實了零磁場下無耗散邊緣态的存在，開啟了拓撲絕緣體等相關領域的研究熱潮。他本人也因此獲得了2010年的歐洲物理獎 (Europhysics Prize)，2012年的凝聚态物理領域的最高獎“Oliver Buckley”獎，2013年的物理前沿獎 (Physics Frontiers Prize) ，2014年的湯森路透引文桂冠獎等。