北京市科學技術(shù)獎于近日揭曉，其中，中國科學院物理研究所所長、中國科學院院士方忠榮獲北京市突出貢獻中關(guān)村獎，這一殊榮標志著他在科學界的卓越貢獻。方忠的研究工作不僅推動了拓撲量子物態(tài)研究領(lǐng)域的迅速發(fā)展，更使中國在這一領(lǐng)域的研究躋身國際前沿。

在接受專訪時，方忠表示，他和他的團隊將致力于構(gòu)建拓撲物理學這一宏偉藍圖。“這是一項艱巨的任務，但我們有信心也有能力引領(lǐng)全球在這一領(lǐng)域的研究，這是完全可能的。”方忠的話語中充滿了對未來的期待。

方忠是凝聚態(tài)物理領(lǐng)域的專家，他長期致力于拓撲物態(tài)的計算研究。通過創(chuàng)新性的計算方法，他成功預測并發(fā)現(xiàn)了Bi2Se3、Bi2Te3、Sb2Te3族三維拓撲絕緣體，為拓撲絕緣體領(lǐng)域的發(fā)展做出了重要貢獻。他還提出了實現(xiàn)量子反常霍爾效應的材料體系和方案，這一方案已被實驗證實，標志著霍爾效應量子化的三重奏的完成。更他還發(fā)現(xiàn)了兩類拓撲半金屬，即拓撲狄拉克半金屬和外爾半金屬，從而在晶體材料中實現(xiàn)了“手性”電子態(tài)——外爾費米子。

早在今年6月，方忠及其團隊因在“拓撲電子材料計算預測”方面的重大發(fā)現(xiàn)，榮獲2023年度國家自然科學獎一等獎。這一榮譽再次證明了方忠及其團隊在拓撲物理學領(lǐng)域的卓越成就。

在解讀其研究工作時，方忠表示，物理界一直認為物質(zhì)的狀態(tài)可以用對稱性來描述。然而，隨著研究的深入，科學家發(fā)現(xiàn)有些物質(zhì)的狀態(tài)無法用對稱性來描述，而需要用數(shù)學中的拓撲來描述。這就是方忠及其團隊所研究的拓撲物態(tài)。他們發(fā)現(xiàn)，拓撲物態(tài)并非個例，可能有成千上萬種材料都具有拓撲性質(zhì)，這完全顛覆了人們對物質(zhì)世界的傳統(tǒng)理解。

方忠還提到，盡管這項基礎(chǔ)研究離實際應用還有一段距離，但人們?nèi)匀豢梢詫ζ涑錆M期待。例如，拓撲絕緣體和量子反常霍爾效應絕緣體都是拓撲材料，具有拓撲物態(tài)的奇妙性質(zhì)。這些材料內(nèi)部絕緣不導電，但邊界允許電荷移動且沒有電阻，因此不會發(fā)熱，從而可以大大降低能耗。未來，這些材料有望用于制造更先進的電子器件，為半導體設(shè)計工藝帶來革命性的變革。

對于想要投身物理學研究的學生，方忠鼓勵他們說：“你們來得正是時候。現(xiàn)在的物理學只研究了‘一半’，另一半——拓撲物理學——才剛剛開始。這是一個充滿挑戰(zhàn)和機遇的領(lǐng)域。”

方忠的團隊通過計算研究了4萬種無機材料，發(fā)現(xiàn)其中8000多種是拓撲材料。他們將這些材料分類并制成了拓撲材料詞典。方忠表示，他們更希望的是構(gòu)建整個拓撲物理學的大廈。他相信，在拓撲物理學領(lǐng)域，中國完全有能力引領(lǐng)全球的研究。

在談到基礎(chǔ)研究時，方忠認為，基礎(chǔ)研究并不枯燥，而是充滿了美。一位優(yōu)秀的科學家需要具備判斷力，能夠識別出真正的前沿研究，從而做出原創(chuàng)性的成果。這種判斷力是科學家的重要科學素養(yǎng)之一。當科學家能夠識別出“美味”的研究時，他們即使廢寢忘食也會感到精神上的滿足和幸福。

方忠還談到了中國科學院物理所在懷柔科學城建設(shè)的“一裝置兩平臺”的進展。這一項目包括綜合極端條件實驗裝置和材料基因組研究平臺、清潔能源材料測試診斷與研發(fā)平臺。這些裝置和平臺將推動科學研究向極宏觀、極微觀、極端條件和極綜合交叉的方向發(fā)展，不斷突破人類認知的邊界。