“拓?fù)潆娮討B(tài)的發(fā)現(xiàn)和研究，不僅深刻地改變了人們對(duì)物態(tài)的認(rèn)識(shí)，而且為低能耗電子器件等變革性技術(shù)的發(fā)展帶來(lái)無(wú)限可能。”中國(guó)科學(xué)院院士方忠在接受記者采訪時(shí)介紹，國(guó)際上拓?fù)潆娮討B(tài)的相關(guān)研究已經(jīng)三次獲得諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)。6月24日，拓?fù)潆娮討B(tài)研究領(lǐng)域再次成為焦點(diǎn)。以方忠等人為主要完成人的中國(guó)科學(xué)院物理研究所團(tuán)隊(duì)因“拓?fù)潆娮硬牧嫌?jì)算預(yù)測(cè)”獲得國(guó)家自然科學(xué)獎(jiǎng)一等獎(jiǎng)。搞清楚這項(xiàng)研究前，先說(shuō)說(shuō)什么是“拓?fù)洹?。拓?fù)鋵W(xué)是數(shù)學(xué)的一個(gè)分支，主要研究幾何圖形在連續(xù)形變下保持不變的屬性?！氨热?，揉面團(tuán)時(shí)，無(wú)論揉成球形，還是橢球形，面團(tuán)外表面一直都在經(jīng)歷連續(xù)形變，但面團(tuán)外表面所包裹的孔洞數(shù)目一直都是0。這個(gè)在連續(xù)形變下保持不變的孔洞數(shù)目，就是面團(tuán)外表面的一個(gè)拓?fù)鋵傩??！狈街倚蜗蟮卣f(shuō)。同樣，拓?fù)潆娮硬牧暇哂性谶B續(xù)形變下保持不變的拓?fù)浞€(wěn)定性，不會(huì)因?yàn)閿D壓形變而改變電子分布的拓?fù)涮匦浴！巴負(fù)潆娮硬牧系淖畲筇攸c(diǎn)是具有受到拓?fù)浔Ｗo(hù)的邊界導(dǎo)電態(tài)，而且該導(dǎo)電態(tài)具備動(dòng)量-自旋鎖定的特性，因此在開發(fā)低能耗、高主頻、高容錯(cuò)的自旋電子器件方面具有潛在的應(yīng)用價(jià)值?！狈街艺f(shuō)。事實(shí)上，方忠團(tuán)隊(duì)對(duì)拓?fù)潆娮硬牧系难芯?，最早可以追溯?003年?！爱?dāng)時(shí)我剛剛從國(guó)外回到中國(guó)科學(xué)院物理研究所工作。那時(shí)，我在工作中發(fā)現(xiàn)，鐵磁體中電子態(tài)形成的磁單極，貢獻(xiàn)了內(nèi)稟的反?；魻栃?yīng)?！狈街一貞?。2010年，方忠等人提出了實(shí)現(xiàn)量子反?；魻栃?yīng)的材料體系和具體方案；2013年，國(guó)際上多個(gè)實(shí)驗(yàn)團(tuán)隊(duì)在他們提出的材料體系中精準(zhǔn)地觀測(cè)到了量子反?；魻栃?yīng)，證實(shí)了理論預(yù)言。談起這些年的拓?fù)潆娮討B(tài)研究歷程，方忠感慨道：“俗話說(shuō)，會(huì)者不難，難者不會(huì)。從‘不會(huì)’到‘會(huì)’需要長(zhǎng)期積累、堅(jiān)持不懈。在此基礎(chǔ)上做出發(fā)現(xiàn)還需要一點(diǎn)點(diǎn)運(yùn)氣和靈感?！?013年，方忠團(tuán)隊(duì)在研究拓?fù)浣^緣體五碲化鋯時(shí)，提出了分別用鉭（Ta）和砷（As）對(duì)其進(jìn)行電子和空穴雙摻雜的設(shè)想。但隨后，團(tuán)隊(duì)在與實(shí)驗(yàn)合作者討論時(shí)意識(shí)到，Ta和As可能會(huì)形成穩(wěn)定的相。于是，團(tuán)隊(duì)檢索到化合物砷化鉭（TaAs），并注意到它有一些獨(dú)特的物理性質(zhì)。最終經(jīng)過(guò)計(jì)算分析確認(rèn)，TaAs就是他們一直在尋找的非磁性外爾半金屬。“我至今還記得那一天，團(tuán)隊(duì)成員翁紅明通過(guò)郵件將這個(gè)好消息告訴了我。我當(dāng)時(shí)立刻用手機(jī)回復(fù)了‘非常棒’！大家都很興奮?！狈街艺f(shuō)，計(jì)算成果一經(jīng)發(fā)布，就引起了實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證外爾費(fèi)米子的激烈競(jìng)爭(zhēng)，TaAs成為世界上首個(gè)經(jīng)實(shí)驗(yàn)確認(rèn)的外爾半金屬。這一成果被英國(guó)物理學(xué)會(huì)評(píng)為《物理世界》2015年十大突破，也被美國(guó)物理學(xué)會(huì)評(píng)為2015年《物理》八大亮點(diǎn)工作等。2018年，該成果被美國(guó)物理學(xué)會(huì)選入《物理評(píng)論》系列期刊創(chuàng)刊125周年紀(jì)念文集，成為入選的49項(xiàng)重要研究中唯一來(lái)自中國(guó)的工作。當(dāng)前，拓?fù)湫挛飸B(tài)、新材料和新現(xiàn)象研究呈井噴式爆發(fā)，拓?fù)洳牧象w系不斷涌現(xiàn)。拓?fù)潆娮討B(tài)的概念也被迅速推廣到其他領(lǐng)域，產(chǎn)生了拓?fù)涔庾泳w、拓?fù)渎曌泳w、拓?fù)渎暡ǖ取！巴負(fù)鋺B(tài)是認(rèn)識(shí)物質(zhì)世界的全新視角，我相信拓?fù)鋾r(shí)代的黎明即將到來(lái)?！狈街艺f(shuō)。面向未來(lái)，方忠團(tuán)隊(duì)的研究重點(diǎn)方向之一是基于拓?fù)洳牧蠑?shù)據(jù)庫(kù)，著重研究具有應(yīng)用前景的拓?fù)洳牧虾屯負(fù)淞孔有?yīng)，包括磁性拓?fù)鋺B(tài)、手性費(fèi)米子、拓?fù)錈犭姷?，同時(shí)還要發(fā)展相關(guān)的材料和物性計(jì)算能力、制備和表征測(cè)量的實(shí)驗(yàn)設(shè)備等，推動(dòng)拓?fù)潆娮悠骷膭?chuàng)新和應(yīng)用。（原載于《科技日?qǐng)?bào)》?2024-06-26?第05版）