张首晟的研究到底和芯片有没有关系

　　6日，华裔物理学家张首晟教授家人发表声明，在与抑郁症顽强对抗后，张首晟于1日意外离世。几乎所有人都感到震惊，于是“阴谋论”再度甚嚣尘上。

　　可以说没有直接关系，但确实有关系。

　　张首晟的两大主要贡献，一为发现量子自旋霍尔效应，二为提出拓扑绝缘体理论。

　　这两者和信息技术产业是有关系的。

　　张首晟曾经打过一个比方：电子在芯片里的运动，仿佛一辆辆跑车在集市行驶。它们跑得杂乱无章，横冲直撞，路线也是弯弯曲曲；于是不断碰撞，消耗能量，产生热量。

　　笔记本工作时间一长，你能感觉它在发烫，就是这个道理。

　　但在极低温和强磁场条件下，电子可以保持有秩序的运动状态。那么，能不能在正常条件下，让电子像高速公路上的汽车一样，在单向车道上按照规则运行？

　　张首晟提出了量子自旋霍尔效应的理论预言。2007年，德国维尔茨堡大学的实验室确认了量子自旋霍尔效应，并且在碲化汞半导体材料上实验成功。

　　当电子不再横冲直撞，能量损耗就能大大降低。这为制造新型的、低功耗自旋电子计算设备提供了一种可能性。

　　十年前，张首晟在接受科技日报记者采访时就表示，他希望在通常的半导体硅材料上实现这一效应，未来5—10年这一效应可能直接应用在芯片产业上。而解决了散热问题，降低了晶体管能耗，摩尔定律的寿命能够延长。

　　不过，从今天来看，摩尔定律并没有那么快走向尽头，而他的发现，也没有那么快就应用于产业。

　　再来看看拓扑绝缘体。

　　初中物理知识告诉我们，材料按照导电性质的不同分为导体和绝缘体。拓扑绝缘体因为电子运动“各行其道”，于是可以做到内在绝缘，表面导电。张首晟认为，这将成为一种取代半导体的新材料。

　　“等我们的科技实现之后，你的手机一个星期或一个月才需要充一次电。”张首晟说。

　　今年11月，中国科学技术大学合肥微尺度物质科学国家研究中心教授王兵和副教授赵爱迪研究团队与清华大学助理教授徐勇、教授段文晖以及张首晟合作，成功制备出具有纯平蜂窝结构的单层锡烯，并结合第一性原理计算证实了其存在拓扑能带反转及拓扑边界态。

　　相关报道指出，锡烯是一种理想的大能隙二维拓扑绝缘体，有望实现室温量子自旋霍尔效应，在拓扑电子学器件应用方面具有重要的意义。

　　但是，张首晟自己也说过，锡烯目前主要停留在实验室阶段，离应用量产还有距离。他也在2017年表示，希望未来5到10年拓扑绝缘体能够走向工业化。

　　所以，张首晟教授的研究并非和芯片没有关系。他研究的是未来的芯片材料，而非具体的芯片技术。其实，张首晟的这些基础研究，如果能从理论走向应用，从实验室走向工业化，确实可能引领信息技术的下一次革命。

　　但，客观来说，也真的还需要时间。有芯片领域专家告诉科技日报记者，这需要的时间还真不短。