北京大学百年物理讲坛第24讲成功举办

6月12日，应北京大学物理学院高原宁院长和俞大鹏院士的邀请，著名物理学家、德国维尔茨堡大学教授Laurens W. Molenkamp做客北京大学百年物理讲坛，在物理学院西楼报告厅发表了题为“Topological Insulator: a new state of matter”的学术演讲。演讲正式开始前，俞大鹏院士主持并简要介绍了Molenkamp教授的简历与主要学术贡献。随后，物理学院副院长、学术委员会主任欧阳颀院士向Molenkamp教授颁发了北京大学百年物理讲坛纪念牌。

Molenkamp教授首先介绍了二维HgTe量子阱中的量子自旋霍尔效应，并指出对于HgCdTe/HgTe这样的二维量子阱体系，其能带结构与HgTe层的厚度密切相关，当厚度大于6.3纳米时，导带和价带会发生反转，出现拓扑非平庸的螺旋型边缘态（helical edge states）。由于螺旋型的边缘态中电子的自旋与动量相互锁定、背散射被抑制，边缘处可以形成两支无耗散的弹道输运通道。这样的无耗散的边缘通道促成了实验上HgTe量子阱中两倍量子电导平台的观测，也就是众所周知的量子自旋霍尔效应。紧接着，教授又介绍了三维HgTe拓扑绝缘体体系，对其在磁场下的量子霍尔效应做了系统的描述，并依据实验结果揭示了其拓扑非平庸的狄拉克型表面态。

随后，Molenkamp教授介绍了基于HgTe体系的超导约瑟夫森结，展示了磁场对临界超导电流的调控和微波辐照下的夏皮罗台阶，并且通过奇数夏皮罗台阶的消失证实了体系存在4π周期超导电流成分，进一步说明该体系中实现了拓扑超导。

接着，Molenkamp教授报告了HgTe体系的最新研究进展。他指出在压力作用下，HgTe块材的能隙会消失，出现狄拉克点，会实现由拓扑绝缘体到狄拉克半金属的拓扑转变。除此而外，教授还介绍了CdTe/HgTe核壳结构的拓扑绝缘体纳米线的制备以及相应的超导约瑟夫森结。报告最后，Molenkamp教授对此次报告进行了总结，并对HgTe体系的发展做了展望。

报告在师生热烈的掌声中结束，在问答环节不少老师和学生都提出了很多有意义的学术问题，包括压力作用下狄拉克半金属性质的确定，无能隙能谱与马约拉纳零能模的关系，以及p波超导的输运判断依据等等。Molenkamp教授针对每一个问题都给予了耐心和细致的解答。

在短暂茶歇后，Molenkamp教授与北大的本科生和研究生们举行了座谈会。座谈会由物理学院博士研究生林本川同学主持。来自物理学院、前沿交叉学院等二十余位同学有幸与大师近距离接触、讨论，进行了深入的交流，聆听了大师的教诲。

首先，有同学问到拓扑超导中的螺旋型表面态与无能隙安德列夫能谱的对应关系。Molenkamp教授指出了螺旋型表面态使得界面处的普通电子反射会被抑制，安德里夫型的反射概率会达到百分之百，因而出现带隙中间的马约拉纳无能隙模式。紧接着，有一位同学问Molenkamp教授如何看待量子自旋霍尔效应中无耗散电子态的应用前景。Molenkamp教授表示，目前这种无耗散的电输运还处于实验研究阶段，他认为要想实现实际的电子应用，还需要更多的技术积累，需要更多的科研投入。除了专业的学术问题，一位同学问了教授关于其课题组博士生的培养问题。Molenkamp教授表示，就HgTe体系而言，由于样品生长本身存在很大难度，一般会由多个博士生合作完成器件的加工和测量；至于文章的署名，一般博士后优先，当然具体还得看对于实验和文章的贡献程度。此外，教授还对其课题组的实验设备和人数规模做了大概的介绍。还有一位同学请Molenkamp教授对于博士生工作的展开给出一些建议。教授指出，尽管存在毕业要求的压力，博士生也应关注自身的想法和诉求，以积极乐观的态度应对博士生涯，同时也要注意各种技能和经验的积累，特别地，当一个课题很难进行下去的时候，也要适时转变研究方向。一个小时的座谈会在同学们的踊跃提问和大师的耐心回答中很快就过去了。最后，主持人对本次座谈进行了小结，并对Molenkamp教授的到访表示了感谢。

本次讲座一如既往的坚持了百年物理讲坛系列报告高水平、重学术、重前沿的特色，通过系列高端报告不断开拓北大师生视野，其后的学生座谈会更是给予同学们与优秀大师学者近距离接触的机会，为进一步培养优秀科研工作者做出努力。

学者简介：

Laurens Molenkamp教授1956年出生于荷兰，1985年从荷兰格罗宁根大学获得博士学位。1985年起在荷兰飞利浦研究院总部从事研究，1994年到德国亚琛工业大学任教，1999年开始出任德国维尔茨堡大学教授及分子束外延生长实验室主任，并于2018年入选马克思-普朗克学会资深会员（Max-Planck Fellow）。Laurens Molenkamp教授从事科学研究至今，一直从事低维凝聚态物理方面的研究。2007年，Laurens Molenkamp教授在二维碲化汞量子阱中发现了量子自旋霍尔效应，这一发现证实了零磁场下无耗散边缘态的存在，开启了拓扑绝缘体等相关领域的研究热潮。他本人也因此获得了2010年的欧洲物理奖 (Europhysics Prize)，2012年的凝聚态物理领域的最高奖“Oliver Buckley”奖，2013年的物理前沿奖 (Physics Frontiers Prize) ，2014年的湯森路透引文桂冠獎等。