张首晟是当今全球最为知名的华人物理学家之一，因为对拓朴绝缘体和量子自旋霍尔效应的开创性研究，他几乎囊括了物理学界所有重量级奖项，导师杨振宁曾评价说，"他获得诺贝尔奖只是时间问题"。
少年时期沉默内向的张首晟，就常在阁楼如饥似渴地读书。1976年，张首晟13岁时，高考恢复的迹象已在萌动。一年之后，尚在念初三的张首晟抱着"试一试"的态度地走进高考试场，随后以高分被复旦大学物理系录取。大二那年，成绩优异的张首晟被国家公派到德国柏林自由大学深造。
"在上个世纪80年代，大家看不到学物理的前途。我有不少同学转学到了偏应用的领域。当时，我也非常迷惘。1981年的夏天，同学带我去哥廷根大学旁边的一片墓地。那些伟大的物理学家和数学家就埋葬于此。他们的墓碑简单却特殊，上面刻着他们的名字、出生年月和一行文字，他们一生的最高成就浓缩成了一个公式。"
科学人杂志报导，看到这些人类文明的骄傲，却只要用一行字就可以描绘，让张首晟大受震撼，领悟到"追求理想才是最有意义的，人生在世就应该像这些人一样，为全人类留下些什么。"于是他决定继续读物理，"我要投入全部的生命，为科学做出一番贡献！"德国的大学物理系一般要读五年，张首晟只读三年就提前毕业了，获得硕士学位。
张首晟于1983年来到美国，在纽约州立大学石溪分校师从杨振宁教授，攻读博士学位。30岁那年，张首晟进入史丹福大学任教，不久后成为该校最年轻的终身教授之一。2007年，张首晟发现的"量子自旋霍尔效应"被"科学"杂志评为"全球十大重要科学突破"之一。2015年4月，张首晟新增成为美国国家科学院院士。
2006年，张首晟曾被视为诺贝尔物理学奖获得者的热门人选，但最终失之交臂。不过，科学界花了49年证明了"上帝粒子"(希格斯玻色子)的存在，然后两位物理学家于2013年得了诺奖；迄今花了80年才证明"天使粒子"的存在，或许召示着张首晟距离诺奖真的不远了。
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