王健，男，1979 年生，北京大學(xué)物理學(xué)院量子材料科學(xué)中心博士生導(dǎo)師、研究員。 國家“青年**計劃”專家。

教育及工作經(jīng)歷：

1997年-2001年，山東大學(xué)物理學(xué)院，獲物理學(xué)學(xué)士。

2001年-2006年，中國科學(xué)院物理研究所，獲凝聚態(tài)物理博士。

2006年-2010年，美國賓夕 法尼亞州立大學(xué)納米科學(xué)中心和物理系做博士后。

2010年-2011年，美國賓夕法尼亞州立大學(xué)納米科學(xué)中心助理研究員 (Research Associate)。

2010年-至今，北京大學(xué)物理學(xué)院量子材料科學(xué)中心博士生導(dǎo)師、研究員。

學(xué)術(shù)兼職：

1、擔任國際知名SCI學(xué)術(shù)期刊2D Materials 的客座編輯。

2、擔任Scientific Reports編委成員。

3、美國物理聯(lián)合會中國顧問委員會成員。

4、Rare Metals的編委成員。

5、Nature Communications、PRL、PRX、Angewandte Chemie、Advanced Materials、ACS Nano、Physical Review B等十多種SCI期刊審稿人。

培養(yǎng)研究生情況：

每年擬招博士研究生1到2名。 

研究方向：

低維納米尺度量子材料和器件的物性研究。

研究興趣：

低維超導(dǎo)與拓撲材料的物性，以及新的量子材料的探索。具體包括:(1)拓撲絕緣體及相關(guān)量子體系中的電輸運及自旋輸運特性;(2)異質(zhì)結(jié)構(gòu)中宏觀量子態(tài)間的相互作用(如超導(dǎo)和鐵磁的相互作用、超導(dǎo)和拓撲的相互作用等);(3)低維體系中的超導(dǎo)特性研究。等等。

主要科研業(yè)績：

(1) 在二維極限下的界面超導(dǎo)方面:首次在二維超導(dǎo)中發(fā)現(xiàn)和證實了量子Griffiths相變行為;發(fā)現(xiàn)一種新的二維超導(dǎo)體，為類石墨烯結(jié)構(gòu)的人工的二維晶格:外延生長在GaN襯底上的Ga雙原子層;我們首次對STO襯底上的單層FeSe開展了電輸運與邁斯納效應(yīng)等測量，證實了其為最薄的高溫超導(dǎo)體。

(2)在拓撲新材料方面，我們系統(tǒng)研究了三維狄拉克半金屬Cd3As2的電輸運特性;在此基礎(chǔ)上用硬點接觸的方法在Cd3As2表面觀測到點接觸區(qū)域的超導(dǎo)，該超導(dǎo)有可能是拓撲超導(dǎo)。

(3)在拓撲絕緣體的電輸運領(lǐng)域取得了一系列重要進展:如首次定量引入電子-電子相互作用的量子修正，率先在拓撲絕緣體和超導(dǎo)相互作用的實驗中取得突破，首次開展了拓撲絕緣體超晶格的量子輸運特性和拓撲絕緣體異質(zhì)結(jié)的物性實驗等研究。

(4)在納米超導(dǎo)的近鄰效應(yīng)方面:在實驗上觀測到單晶鐵磁(鈷和鎳)納米線與超導(dǎo)納米電極間的長程鐵磁超導(dǎo)相互作用和在相變點的電阻異常峰，該結(jié)果為當前新興前沿領(lǐng)域鐵磁-超導(dǎo)納米異質(zhì)結(jié)構(gòu)物性研究中的重大突破，進一步推動了該領(lǐng)域的發(fā)展;在實驗上研究了單晶金屬(金)納米線中超導(dǎo)長程近鄰效應(yīng)誘導(dǎo)的超導(dǎo)特性，發(fā)現(xiàn)了新的窄能隙的超導(dǎo)態(tài)和在磁場引發(fā)的超導(dǎo)相變過程中的微分磁阻振蕩行為等。

(5)在一維超導(dǎo)方面:實驗發(fā)現(xiàn)單晶半金屬鉍納米線在低溫下(1K附近)顯示超導(dǎo)特性，并觀測到磁場下的量子振蕩行為，結(jié)果表明在超導(dǎo)溫度以下鉍納米線的表面存在奇異的超導(dǎo)-金屬共存態(tài)等。

發(fā)明專利：

以第一申請人獲專利7項，申請專利2項。

近年來在Science, Nature Materials, Nature Physics, Nature Nanotechnology, Nature Communications, PRX, PRL, JACS, Nano Letters等國際一流學(xué)術(shù)期刊發(fā)表SCI論文五十篇。相關(guān)工作得到了國際學(xué)術(shù)界的廣泛關(guān)注。此外，在國際科技類出版社InTech出專業(yè)書一章。

發(fā)表論文：

1. Ying Xing, Hui-Min Zhang, Hai-Long Fu, Haiwen Liu, Yi Sun, Jun-Ping Peng, Fa Wang, Xi Lin, Xu-Cun Ma, Qi-Kun Xue, Jian Wang, X. C. Xie. 'Quantum Griffiths singularity of superconductor-metal transition in Ga thin films', Science 350, 542-545 (2015)(Corresponding author and the paper was accompanied with a perspective article: “Randomness rules” (Science 350, 509).)

2. He Wang, Huichao Wang, Haiwen Liu, Hong Lu, Wuhao Yang, Shuang Jia, Xiong-Jun Liu, X. C. Xie, Jian Wei and Jian Wang. 'Observation of superconductivity induced by a point contact on 3D Dirac semimetal Cd3As2 crystals',Nature Materials DOI:10.1038/nmat4456(Corresponding author)

3. Jian Wang, Meenakshi Singh, Mingliang Tian, Nitesh Kumar, Bangzhi Liu, Chuntai Shi, J.K. Jain, Nitin Samarth, T. E. Mallouk, and M. H. W. Chan, “Interplay between superconductivity and ferromagnetism in crystalline nanowires”, Nature Physics 6, 389-394 (2010)(Corresponding author and the paper was accompanied with a News and Views article in the same journal: Nature Physics 6, 329 (2010))

4. Yanfei Zhao, Haiwen Liu, Chenglong Zhang, Huichao Wang, Junfeng Wang, Ziquan Lin, Ying Xing, Hong Lu, Jun Liu, Yong Wang, Scott M. Brombosz, Zhili Xiao, Shuang Jia, X. C. Xie, and Jian Wang. 'Anisotropic Fermi Surface and Quantum Limit Transport in High Mobility Three-Dimensional Dirac Semimetal Cd3As2',Physical Review X 5, 031037 (2015)(Corresponding author)

5. Hui-Min Zhang, Yi Sun, Wei Li, Jun-Ping Peng, Can-Li Song, Ying Xing, Qinghua Zhang, Jiaqi Guan, Zhi Li, Yanfei Zhao, Shuaihua Ji, Lili Wang, Ke He, Xi Chen, Lin Gu, Langsheng Ling, Mingliang Tian, Lian Li, X. C. Xie, Jianping Liu, Hui Yang, Qi-Kun Xue, Jian Wang, and Xucun Ma, “Detection of a Superconducting Phase in a Two-Atom Layer of Hexagonal Ga Film Grown on Semiconducting GaN(0001)”,Physical Review Letters 114, 107003 (2015)(Editors’ Suggestion and corresponding author)

6. Jian Wang, Chuntai Shi, Mingliang Tian, Qi Zhang, Nitesh Kumar, J. K. Jain, T. E. Mallouk,and M. H. W. Chan, “Proximity-induced superconductivity in nanowires: minigap state and differential magnetoresistance oscillations”, Physical Review Letters102, 247003 (2009)(Corresponding author)

7. Mingliang Tian, Jian Wang, Wei Nin, Thomas E. Mallouk, and Moses H. W. Chan, “Surface Superconductivity in Thin Cylindrical Bi Nanowire”, Nano Letters15, 1487–1492(2015) (Co-first author)

8. Yanfei Zhao, Haiwen Liu, Xin Guo, Ying Jiang, Yi Sun, Huichao Wang, Yong Wang, Han-Dong Li, Mao Hai Xie, Xin-Cheng Xie, and Jian Wang, “Crossover from 3D to 2D Quantum Transport in Bi2Se3/In2Se3Superlattices”, Nano Letters 14, 5244-5249 (2014)(Corresponding author)

9. Mingliang Tian, Jian Wang, Qi Zhang, Nitesh Kumar, Thomas E. Mallouk, and Moses H. W.Chan, “Superconductivity and quantum oscillations in crystalline Bi nanowire”, Nano Letters9, 3196 (2009)(Corresponding author)

10. ZHANG Wen-Hao, SUN Yi, ZHANG Jin-Song, LI Fang-Sen, GUO Ming-Hua, ZHAO Yan-Fei, ZHANG Hui-Min, PENG Jun-Ping, XING Ying, WANG Hui-Chao, FUJITA Takeshi, HIRATA Akihiko, LI Zhi, DING Hao, TANG Chen-Jia, WANG Meng, WANG Qing-Yan, HE Ke, JI Shuai-Hua, CHEN Xi, WANG Jun-Feng, XIA Zheng-Cai, LI Liang, WANG Ya-Yu,WANG Jian, WANG Li-Li, CHEN Ming-Wei, XUE Qi-Kun, MA Xu-Cun, “Direct Observation of High-Temperature Superconductivity in One-Unit-Cell FeSe Films”, Chin. Phys. Lett. 31, 017401 (2014)(Corresponding author) Sciencehighlighted this paper in Editors' Choice: Science 343, 230 (2014) and this paper is selected as a Highly Cited Paper by Web of Science in 2015.

11. Yanfei Zhao, Haiwen Liu, Jiaqiang Yan, Wei An, Jun Liu, Xi Zhang, Huichao Wang, Yi Liu, Hua Jiang, Qing Li, Yong Wang, Xin-Zheng Li, David Mandrus, X. C. Xie, Minghu Pan, and Jian Wang, “Anisotropic magnetotransport and exotic longitudinal linear magnetoresistance in WTe2 crystals”, Physical Review B 92, 041104(R) (2015) (Editors’ Suggestion and corresponding author)

12. Jian Wang, Ashley M. DaSilva, Cui-Zu Chang, Ke He, J. K. Jain, Nitin Samarth, Xu-Cun Ma, Qi-Kun Xue, and Moses H. W. Chan, “Evidence for electron-electron interaction in topological insulator thin films”,Physical Review B 83, 245438 (2011)(Corresponding author and Selected as a Highly Cited Paper by Web of Science in 2015)

學(xué)術(shù)交流：

多次在國際重要學(xué)術(shù)會議上做特邀報告，如凝聚態(tài)物理領(lǐng)域最具影響力的美國物理學(xué)會三月會議(APS March Meeting 2011&2016)。2015年因二維界面超導(dǎo)的工作在美國物理學(xué)會三月會議上召開新聞發(fā)布會。作為分會主席在美國組織了2012年和2013年的拓撲絕緣體國際會議(VCTI2012 & 2013EMN)。 

榮譽獎勵：

1、2011年入選國家首批“青年**計劃”。

2、2012年入選 科技部青年科學(xué)家專題項目負責人（青年973）。

3、2012年獲自然基金委首批優(yōu)秀青年基金支持。

4、2015年獲第二屆馬丁伍德爵士中國物理科學(xué)獎。

5、2015年  Advisor Award for Excellent Doctoral Dissertation at Peking University.

6、2015年被知社學(xué)術(shù)圈評選為中國十大科技新銳人物。

2015年4月1日，在第十四屆全國低溫物理學(xué)術(shù)研討會的開幕式上，2015年馬丁• 伍德爵士中國物理科學(xué)獎（Sir Martin Wood China Prize）舉行了頒獎儀式。今年的獎項經(jīng)過評獎委員會的嚴格評審，確定了最終獲獎?wù)?mdash;—復(fù)旦大學(xué)李世燕研究員和北京大學(xué)王健研究員。中國科學(xué)院院士趙忠賢主持了頒獎儀式。

王健研究員（左二）獲頒馬丁• 伍德爵士中國物理科學(xué)獎（左一為牛津儀器中國區(qū)總經(jīng)理張鵬，右一為中國科學(xué)院院士趙忠賢，右二為李世燕研究員）
 

2015年馬丁• 伍德爵士中國物理科學(xué)獎授予王健研究員，主要表彰其在二維極限下界面增強超導(dǎo)方面的研究和對拓撲超導(dǎo)的探索。具體包括他與合作者一起，首次給出電輸運和邁斯納效應(yīng)的直接證據(jù)，證實碳酸鍶（STO）襯底上的單層鐵硒（FeSe）薄膜為當前最薄的高溫超導(dǎo)體，而且超導(dǎo)特性比體材料時得到極大的增強；首次證實一種新的類石墨烯和硅烯結(jié)構(gòu)的“人造”二維超導(dǎo)晶體：在半導(dǎo)體氮化鎵（GaN）襯底上制備的雙原子層鎵（Ga）膜，其超導(dǎo)轉(zhuǎn)變溫度Tc超過體材料穩(wěn)定相；在系統(tǒng)研究高遷移率三維狄拉克拓撲半金屬Cd3As2單晶輸運特性的基礎(chǔ)上，發(fā)現(xiàn)“硬”點接觸誘導(dǎo)的超導(dǎo)，揭示了其拓撲超導(dǎo)的可能性等等。
 

王健畢業(yè)于中國科學(xué)院物理研究所，師從薛其坤院士，獲凝聚態(tài)物理博士學(xué)位。2006年到2010年，他在美國賓夕法尼亞州立大學(xué)納米科學(xué)中心和物理系做博士后，合作導(dǎo)師為Moses Chan院士。2010年到2011年在美國賓夕法尼亞州立大學(xué)納米科學(xué)中心做助理研究員 (Research Associate)。2010年入職北京大學(xué)物理學(xué)院量子材料科學(xué)中心任研究員、博士生導(dǎo)師。2011年王健入選國家首批“青年**計劃”，同年全職回國工作。2012年入選首批國家科技部青年科學(xué)家專題項目負責人，同年獲首批國家自然科學(xué)基金委優(yōu)秀青年科學(xué)基金支持。
 

馬丁•伍德爵士中國物理科學(xué)獎由牛津儀器在2013年設(shè)立，旨在發(fā)掘和獎勵國內(nèi)年輕科學(xué)家在低溫或強磁場環(huán)境下做出的突破性研究工作。該獎項每兩年頒發(fā)一次，獎勵1到3名獲獎?wù)撸�獎金總額為10萬元人民幣。同類的國際獎項有：Nicholas Kurti 歐洲科學(xué)獎，Lee Osheroff Richardson 北美科學(xué)獎， Sir Martin Wood Prize in Japanese 日本科學(xué)獎。在2013年全國低溫物理會議的開幕式上，首屆馬丁•伍德爵士中國物理科學(xué)獎授予了清華大學(xué)教授王亞愚和中科院物理所副研究員何珂，以表彰他們在拓撲絕緣體和量子反常霍爾效應(yīng)領(lǐng)域所取得的卓著實驗研究成果。

獲獎證書

北京大學(xué)PPMS用戶王健課題組等發(fā)現(xiàn)二維超導(dǎo)的量子Griffiths相變

發(fā)布時間:2015/11/04

量子Griffiths相變是物理學(xué)重要的科學(xué)問題之一，然而實驗上直接觀測到量子Griffiths奇異性，非常困難。超導(dǎo)體作為一種重要的量子物質(zhì)和物相，其量子相變與量子臨界點現(xiàn)象已得到學(xué)術(shù)界的廣泛關(guān)注，但直到最近仍未在超導(dǎo)中發(fā)現(xiàn)量子Griffiths奇異性行為。

最近，QUANTUM DESIGN公司在北京大學(xué)量子材料科學(xué)中心的用戶王健研究組，與中心謝心澄教授、林熙研究員、王垡研究員，以及清華大學(xué)的薛其坤院士和馬旭村研究員等人合作，在三個原子層厚(小于1納米厚)的Ga(鎵)薄膜中發(fā)現(xiàn)了二維超導(dǎo)和超導(dǎo)-金屬相變行為。研究人員發(fā)現(xiàn)，Ga超導(dǎo)薄膜中超導(dǎo)-金屬相變對應(yīng)的臨界點隨著溫度變化形成了一條臨界線。相應(yīng)的臨界指數(shù)在臨界線上連續(xù)變化，在趨近零溫量子臨界點時會發(fā)散，而不是通常認知的固定值。因此，傳統(tǒng)的超導(dǎo)量子相變理論無法解釋該實驗結(jié)果。分析表明該相變正是理論上預(yù)測已久的量子Griffiths奇異性。這是首次在低維體系以及超導(dǎo)體系中發(fā)現(xiàn)和證實量子Griffiths奇異性，并且有可能是對超導(dǎo)-金屬相變的具有普適性的物理解釋。這項工作不僅是發(fā)現(xiàn)了一種新的量子相變，而且對超導(dǎo)(包括高溫超導(dǎo))等量子材料體系中量子臨界行為的理解提供了新的思路。相關(guān)文章于2015年10月15日提前在線發(fā)表在Science上(Science DOI: 10.1126/science.aaa7154)。

值得提到的是，該工作的部分重要數(shù)據(jù)是在我們公司產(chǎn)品綜合物性測量系統(tǒng)(PPMS)上完成的，在向我們的用戶們表示祝賀和致敬的同時，我們也由衷的為能給中國相關(guān)科研工作者帶來幫助而感到高興和自豪。

近日，北京大學(xué)物理學(xué)院量子材料科學(xué)中心王健研究員與中心謝心澄教授、香港大學(xué)謝茂海教授、浙江大學(xué)王勇教授等人合作，首次對拓撲絕緣體/普通絕緣體（Bi₂Se₃/In₂Se₃）超晶格的量子輸運特性展開系統(tǒng)研究。在低溫強磁場下對不同拓撲絕緣體層厚的Bi₂Se₃/In₂Se₃超晶格的電輸運測量發(fā)現(xiàn)：改變其中拓撲絕緣體層Bi₂Se₃的厚度會導(dǎo)致體系的量子輸運維度從三維轉(zhuǎn)變?yōu)槎�維。該結(jié)果證實了人工調(diào)控拓撲材料物性的可行性，是拓撲絕緣體超晶格量子輸運特性的首次報道。這一工作為新量子態(tài)的探索，也為研發(fā)人工調(diào)制的拓撲材料及其在磁電、熱電和自旋電子學(xué)等方面的潛在應(yīng)用奠定了基礎(chǔ)。相關(guān)工作以“Crossover from 3D to 2D Quantum Transport in Bi₂Se₃/In₂Se₃Superlattices”為題，在線發(fā)表于《納米快報》（Nano Letters DOI: 10.1021/nl502220p（2014)）上，北京大學(xué)王健研究員、謝心澄教授和香港大學(xué)謝茂海教授為該論文共同通訊作者，北京大學(xué)博士生趙弇斐和博士后劉海文為論文共同第一作者。

拓撲絕緣體體內(nèi)是有能隙的絕緣體，而表面是無能隙的自旋軌道耦合的金屬態(tài)。作為一種新的量子材料，拓撲絕緣體已成為當前凝聚態(tài)物理最重要的研究領(lǐng)域之一。超晶格是指在納米尺度可人工調(diào)制周期的晶體結(jié)構(gòu)。最新的理論研究表明，拓撲絕緣體的特殊表面態(tài)是Weyl電子的二維體現(xiàn)，而拓撲絕緣體/普通絕緣體形成的超晶格可以構(gòu)成理論預(yù)言的三維Weyl半金屬，從而觀測到真正的三維表面態(tài)。更為重要的是，拓撲絕緣體超晶格結(jié)構(gòu)，有望實現(xiàn)對拓撲材料物性的人工調(diào)制。因此拓撲絕緣體超晶格的研究對于發(fā)現(xiàn)新的量子現(xiàn)象以及探索新的量子材料都具有重要科學(xué)意義。然而，拓撲絕緣體/普通絕緣體超晶格的電輸運實驗研究及可調(diào)控特性一直未見報道。 

量子材料科學(xué)中心王健研究組與合作者近年來在拓撲絕緣體薄膜及其異質(zhì)結(jié)構(gòu)的電輸運特性領(lǐng)域取得了一系列進展：

1、 王健等人在拓撲絕緣體的研究中首次定量引入電子-電子相互作用的量子修正，已成為相關(guān)方向的奠基性論文（Physical Review B 83, 245438（2011））；

2、 系統(tǒng)研究了三種超導(dǎo)體與拓撲絕緣體薄膜的相互作用（Physical Review B 85, 045415 （2012））；

3、 發(fā)現(xiàn)拓撲絕緣體薄膜在平行磁場下的負磁阻行為及其與電流方向的相關(guān)性（Nano Research 5, 739 （2012））；

4、 在半導(dǎo)體砷化鎵襯底上成功制備出p型和n型的拓撲絕緣體薄膜，為拓撲絕緣體的p-n型器件研發(fā)奠定了基礎(chǔ)（AIP Advances 3, 072112 （2013））；

5、首次對拓撲絕緣體異質(zhì)結(jié)構(gòu)進行了電輸運實驗研究，證實了表面在量子輸運中的關(guān)鍵性作用（Scientific Reports 3, 3060 （2013））；

6、在平行場下對拓撲絕緣體超薄膜進行了50特斯拉以上的強磁場電輸運測量，觀測到拓撲絕緣體體態(tài)引起的弱反局域化到弱局域化的轉(zhuǎn)變（Scientific Reports 4, 5817 （2014））等。 

上述研究得到了國家重大科學(xué)研究計劃、國家自然科學(xué)基金、中組部“青年**”計劃、高等學(xué)校博士學(xué)科點專項科研基金以及量子物質(zhì)科學(xué)協(xié)同創(chuàng)新中心的支持。

王健：打造國際化的量子科研中心

“回國的這幾年里，與我當初的學(xué)術(shù)目標又近了一步。很高興在北大量子材料科學(xué)中心能帶領(lǐng)學(xué)生做出國際一流的科研成果，希望不遠的將來我的研究組和實驗室能與國際最好的科研團隊和實驗室媲美。”國家首批“青年**計劃”專家、北京大學(xué)物理學(xué)院量子材料科學(xué)中心博士生導(dǎo)師王健博士近日接受《*人》雜志的專訪，言談中，少了一份沖動與浮躁，卻多了幾分踏實與果敢。

近年來在王健博士與團隊的共同努力下，得到Science, Nature Materials 等國際一流學(xué)術(shù)期刊的肯定，共發(fā)表SCI論文五十篇。2015年，王健博士在二維超導(dǎo)和拓撲超導(dǎo)研究方面取得了階段性成果。未來，期望能在超導(dǎo)體和拓撲材料研究方面取得進一步的突破。在國際相關(guān)科研領(lǐng)域起到引領(lǐng)作用是他最大的目標。

中國VS美國的科研路

2006年，王健遠赴美國賓夕法尼亞州立大學(xué)納米科學(xué)中心和物理系做博士后，2010年轉(zhuǎn)為美國賓夕法尼亞州立大學(xué)助理研究員 (Research Associate)。2011年，王健受首批“青年**”計劃資助，在北京大學(xué)物理學(xué)院量子材料科學(xué)中心組建自己的實驗室和研究團隊，任博士生導(dǎo)師、研究員。回顧和比較海外內(nèi)的研究經(jīng)歷，王健認為，祖國給了自己實現(xiàn)抱負的平臺。

“在美留學(xué)期間，導(dǎo)師治學(xué)非常嚴謹，我也在不斷的實踐中形成科學(xué)的思考方式，這為我日后的職業(yè)生涯打下了堅實的基礎(chǔ)。如果從生活的角度出發(fā)，美國在自然環(huán)境、社會設(shè)施等各方面更加舒適，但實現(xiàn)宏偉的學(xué)術(shù)理想較為困難，祖國對于人才的重視，讓我從中看到希望。”王健在采訪中感慨，北大量子材料科學(xué)中心大部分為年輕的教授，一切以科研和學(xué)術(shù)為首，是非常不錯的環(huán)境，回國這幾年，離當初的目標又近了一步，在國際范圍內(nèi)也得到一定的認可。“如果在美國，不一定能做出現(xiàn)在這么重要的科研成果。”

科研的道路中，并非一帆風(fēng)順，而是在一次次的失敗中總結(jié)經(jīng)驗。王健博士在采訪中提到：“回國后，我也曾遇到過重要的科研論文被國際著名期刊拒絕的經(jīng)歷。究其原因，雖然我國在某些領(lǐng)域的科研可以與美國和歐洲媲美，但可能在傳統(tǒng)的歐美教授心里，或多或少還存有一定的歧視，發(fā)表文章面臨‘刻板印象’的挑戰(zhàn)。但只要不斷嘗試，勇創(chuàng)新高，總會被國際所承認。比如我們在二維超導(dǎo)中發(fā)現(xiàn)的量子Griffiths奇異性就在今年被Science發(fā)表，并被Science的“觀點”文章重點介紹。另一方面，經(jīng)費是制約我們?nèi)〉眠M一步突破的‘老大難’的問題。‘青年**計劃’于我們研究組的的經(jīng)費支持是莫大的幫助，包括北大也給了不錯的啟動經(jīng)費。但如果想與國際上頂級的實驗室進行PK，還遠遠不夠。我目前所有的經(jīng)費都集中在實驗室的建設(shè)上，拿滿了科技部和基金委的各項科研經(jīng)費，但還是存在資金嚴重匱乏的問題。此次Science文章發(fā)表，差點拿不出經(jīng)費來付出版費。”面對經(jīng)費緊張的窘境，王健經(jīng)常鼓舞學(xué)生：“咱們咬緊牙關(guān)，勒緊腰帶，沖到前面。只要做到國際最好，相信國家和學(xué)校會有大力度的支持。”“國家最近幾年在科研經(jīng)費上增長更快，這是中華民族以及經(jīng)濟實現(xiàn)騰飛的一個基礎(chǔ)。科研做得越好的研究組，應(yīng)該能得到更多的經(jīng)費支持，這是科學(xué)研究的規(guī)范和科研界的‘馬太效應(yīng)’。”

除在北大任教外，王健博士在眾多國際學(xué)術(shù)會議中，也感受到了我國在國際學(xué)術(shù)圈中話語權(quán)不足的現(xiàn)狀：“就我所在的凝聚態(tài)物理研究領(lǐng)域而言，我國的科研已接近國際一流水準，某些方向已經(jīng)國際領(lǐng)先，但在國際上的話語權(quán)相對略弱。在國際大型的學(xué)術(shù)研討會上，中國科學(xué)家少有做大會特邀報告的機會。一些理應(yīng)榮獲的國際大獎，可能失之交臂”王健博士希望以后更多優(yōu)秀的中國科學(xué)家能團結(jié)起來，在國際上增強華人科學(xué)家的話語權(quán)，使得國際科學(xué)評價能更加的公正，做到只以成果或成就為導(dǎo)向。

表面生新枝 物理結(jié)碩果

2012年和2013年，王健作為分會主席，在美國組織和主持了拓撲絕緣體國際會議。拓撲材料與低維超導(dǎo)是他當前的研究興趣。

拓撲絕緣體是近年發(fā)現(xiàn)的一種全新量子物質(zhì)態(tài)。這個新奇的概念，不僅將兩個隔行隔山的名詞聯(lián)系在了一起，更因自身奇特的電子結(jié)構(gòu)和優(yōu)異性能成為凝聚態(tài)物理研究的熱門領(lǐng)域。拓撲材料包括拓撲絕緣體也是王健博士目前正在研究的領(lǐng)域，在采訪中，他指出：“按照導(dǎo)電性質(zhì)的不同，材料可分為‘金屬’和‘絕緣體’兩大類；而更進一步，根據(jù)電子態(tài)的拓撲性質(zhì)的不同，材料可分為拓撲和非拓撲的兩類。拓撲絕緣體的體內(nèi)與人們通常認識的絕緣體一樣，是絕緣的，但是在它的邊界或表面總是存在導(dǎo)電的邊緣態(tài)，這是它有別于普通絕緣體最獨特的性質(zhì)。拓撲絕緣體材料的邊緣態(tài)導(dǎo)電，因背散射缺失，是低耗散過程，通俗地說就是不怎么會發(fā)熱。”集成電路中的電子能量損耗進而引起的發(fā)熱最終導(dǎo)致器件無法正常工作。這是目前半導(dǎo)體行業(yè)乃至整個信息技術(shù)發(fā)展遇到的最大難題，而運行過程中電子的無序碰撞散射便是造成電子能量損耗的最大原因。拓撲絕緣體的導(dǎo)電邊界態(tài)，可以將電子有序分開，電子之間“各行其道，互不干擾”，避免碰撞帶來無謂的消耗，進而各自高速運行，最終提升運算速度。這一發(fā)現(xiàn)讓人們對制造未來新型電腦芯片等元器件充滿了希望。

對于拓撲絕緣材料的研究，王健博士有一番見解，“目前對于拓撲絕緣材料的研究，一個出發(fā)點是其表面態(tài)或邊界態(tài)的低耗散特性可能最終解決電子器件的發(fā)熱問題。但當前的實驗研究發(fā)現(xiàn)，對于三維拓撲絕緣體，其二維表面態(tài)，還是有因著小角度散射等引起的耗散行為，也即有較大的電阻。換言之，并不能達到理想中的低耗散。即使二維拓撲超導(dǎo)體，其一維邊界態(tài)能實現(xiàn)低耗散的特性，但可以工作的溫度非常得低，通常在零下二百多攝氏度。所以目前的挑戰(zhàn)是怎樣把材料的低耗散的特性在相對高的溫度下實現(xiàn)。如果新型拓撲材料在室溫的環(huán)境下，可以實現(xiàn)低耗散，那么，它必將引起新一輪的電子技術(shù)革命。”王健博士指出，與超導(dǎo)體一樣，拓撲材料目前無法實現(xiàn)大規(guī)模的運用在于，其重要特性只能在極低溫下表現(xiàn)出來。“將拓撲材料與超導(dǎo)體兩個方向的研究結(jié)合，可以探索理論上預(yù)言的拓撲超導(dǎo)體。拓撲超導(dǎo)的邊界態(tài)可以用于拓撲量子計算，即可容錯的量子計算。這是一個非常重要的科學(xué)課題，已得到科學(xué)界的廣泛關(guān)注，但目前仍主要停留在理論階段，實驗進展雖然也不少，但還沒能完全證實拓撲超導(dǎo)的存在。我的研究團隊，最近在這一領(lǐng)域做出些重要進展，未來計劃在這個方向進行重點攻關(guān)。”

除拓撲材料外，當下，低維界面超導(dǎo)是王健博士的另一研究方向。 “在低維的情況下，維度和襯底界面可以對超導(dǎo)形成一種結(jié)構(gòu)和物性的調(diào)制，進而制備出新的具有神奇物理特性的材料。”同時，對于二維薄膜，其實是制備電子元器件的基礎(chǔ)。當前量子計算方面最可行的一個技術(shù)途徑，就是用超導(dǎo)薄膜制備的約瑟夫森結(jié)來實現(xiàn)。在物理學(xué)界，低維超導(dǎo)的研究逐漸升溫，對此，王健博士引用李政道先生的一句話：“表面生新枝，物理結(jié)碩果”。如果在表面和界面做出新的方向和突破，物理就會產(chǎn)生很重要的結(jié)果。比如拓撲絕緣體表面態(tài)、半導(dǎo)體異質(zhì)結(jié)等。同理，傳統(tǒng)超導(dǎo)體的研究主要集中在三維的體材料。超導(dǎo)體走向更低維度的研究是新的方向，有更多的空間值得大家去探索。一旦突破，定會結(jié)出“碩果”。相對于體材料，低維超導(dǎo)更加容易表現(xiàn)出一些奇異的量子特性。“隨著低維超導(dǎo)的重要性日益突出，越來越多的研究組開始重視這一領(lǐng)域，美國、歐洲和日本都取得了重要成果，比如氧化物界面的超導(dǎo)等。值得一提的是，近期我國清華大學(xué)薛其坤院士帶領(lǐng)的團隊率先發(fā)現(xiàn)單層鐵硒因著界面的調(diào)控，可以實現(xiàn)高溫超導(dǎo)。這一工作是少見的國內(nèi)原創(chuàng)，國際上進行跟蹤研究的重要方向。另外，我們研究團隊今年發(fā)表在Science上的文章，二維超導(dǎo)中量子Griffiths相變的發(fā)現(xiàn)，也是低維超導(dǎo)領(lǐng)域重要的原創(chuàng)性工作。”

發(fā)揮1+1＞2的合力

2015年已進入尾聲，盤點這一年的汗水與收獲，王健博士感慨，今年某些研究成果雖然也遭到國際重要期刊的婉拒，但總體而言，可以給自己交一份有分量的答卷。“我的研究組今年發(fā)表SCI論文14篇，包括Science和Nature子刊5篇，物理領(lǐng)域最有影響的期刊PRX和PRL各一篇，以及納米領(lǐng)域最有影響的刊物Nano Letters一篇。很高興團隊的成員們能在學(xué)習(xí)中不斷成長、壯大。”

提及使科研開花結(jié)果的經(jīng)驗，王健博士認為最重要的因素在于把握研究的方向，找準問題的癥結(jié)，沿著自己的目標一步步的走下去。“世界范圍內(nèi)，國際一流的研究組不在少數(shù)，但不是都能培養(yǎng)出有同樣影響力的科學(xué)工作者。我認為把握研究方向十分重要，對于前沿的科學(xué)問題要有較高的敏感度，知道什么是最重要的科學(xué)問題，并結(jié)合自己實驗室可用的具體條件，腳踏實地，逐步攻關(guān)、突破。”在保持較高敏感度方面，作為實驗物理學(xué)家，王健博士提醒，在博士或博士后期間，并非只是單單的發(fā)好論文，而需注意實驗技術(shù)和物理基礎(chǔ)的積累，這樣才能培養(yǎng)出物理的直覺。通過閱讀Science、Nature等國際學(xué)術(shù)期刊，并結(jié)合重要國際學(xué)術(shù)會議上相關(guān)領(lǐng)域?qū)＜业膱蟾妫�就可大致找到時下學(xué)術(shù)界所關(guān)注的科學(xué)問題，“在可行的技術(shù)條件下，思考能做什么、怎么做的問題。如果忽視客觀條件，則如空中樓閣。如此循環(huán)往復(fù)的積累，遇到新的問題時，便有應(yīng)對之策。”

此外，獨木不成林，作為一名導(dǎo)師，充分激發(fā)團隊成員的科研熱情，發(fā)揮團隊的力量不容置喙。王健表示，處于學(xué)生身份時，只需要做好自己負責的事情，并且有老師和師兄師長的幫助。但自己成為導(dǎo)師后，要帶領(lǐng)一個研究至團隊。如何調(diào)動起所有學(xué)生的科研積極性，分配好任務(wù)，共同攻關(guān)，就變得更為重要。一個良好的團隊可以使個人的能力放大。否則是事倍功半。“組建一支具有國際水平的科研團隊非常關(guān)鍵，比較欣慰的是，在北大量子材料中心，我的研究小組（主體為博士研究生和博士后），充滿朝氣和活力，對于重大課題的研究大家始終堅持不拋棄、不放棄。除了嚴謹治學(xué)外，我提倡多鼓勵、少批評的培養(yǎng)方法，充分調(diào)動學(xué)生的主觀能動性。另一方面，也需對自己嚴格要求，做出成績，讓學(xué)生們看到科研的希望，從而‘抱團’在一起，共同前進。”北大物理學(xué)院量子材料科學(xué)中心按照美國的模式建立，與美國高校一流大學(xué)研究中心的體制較為相似，老師們也幾乎全部有相近的海外留學(xué)背景和研究經(jīng)歷，在彼此討論的過程中能產(chǎn)生很多思想的火花和研究的靈感。王健博士今年的一些重要成果就建立在與中心老師彼此討論甚至合作的基礎(chǔ)上。比如二維超導(dǎo)中量子Griffiths相變的發(fā)現(xiàn)，就是在與中心謝心澄院士、林熙博士、王垡博士等人的討論和合作基礎(chǔ)上完成的。“在良好的科研環(huán)境下，合作也可能達到1+1＞2的效果。”

北大物理學(xué)院量子材料科學(xué)中心基本只招本科畢業(yè)后就進入博士階段的學(xué)生，這有利于對學(xué)生進行系統(tǒng)化的培養(yǎng)。王健團隊中除了六名博士研究生，還有一名博士后。在招錄博士時，除了基本的專業(yè)素養(yǎng)外，他更加看重踏實的品格。“若心思不定，面臨科研中的枯燥可能會輕易放棄，所以恒心和毅力非常重要。其次，如果能有較好的物理基礎(chǔ)，在物理方面有一些特長和興趣，則比較適合走研究的道路。”

“科研是會上癮的，一旦找到其中的魅力，便會越來越投入。枯燥和厭倦發(fā)生在長期做一件事情而找不到意思所在，久而久之心態(tài)便失衡。科研會存在一些不可預(yù)見性，因此我會為學(xué)生提供兩個以上的方向展開研究，即使一個方向不能出成果，在另一方向上也可能會有所建樹，以此保持學(xué)生的科研信心。”在漫長的科研歷程中，需要科研人員投入相當?shù)木�力來保障實驗順利進行。近年來，我國多有白領(lǐng)猝死的新聞爆出，科研人員儼然也成為了過勞的高危人群。對此，王健博士提倡，體育鍛煉是排解枯燥和壓力的好方法，身心健康是科研工作者最基本的保障，不容忽視。“業(yè)內(nèi)有句話是：諾貝爾獎不會頒給去世的人，所以科研工作者一定要保持身體的健康。”

面對國際前沿增強話語權(quán)

——記北京大學(xué)量子材料科學(xué)中心研究員王健

面對國際前沿增強話語權(quán) “ 在專利申請這件事上，不能太過完美主義。也許我們所申請的專利不一定所有都能被應(yīng)用，但只要具有應(yīng)用的可能，就要保護起來，以免日后發(fā)展受限制。 ” 北京大學(xué)物理學(xué)院量子材料科學(xué)中心博士生導(dǎo)師、研究員、副教授王健如是說。

剛過而立之年的王健，對待專利申請和知識產(chǎn)權(quán)保護，講究的是未雨綢繆；而對待科研，他則認為是在強烈好奇心的驅(qū)使下做出的努力。

知難而上

1997年，王健考入山東大學(xué)，隨后進入山東大學(xué)物理學(xué)院物理基地班。 2001年，保送至中國科學(xué)院物理研究所，師從中國科學(xué)院院士薛其坤教授。 2006 年7月，完成博士論文答辯，隨即遠赴美國賓夕法尼亞州立大學(xué)納米科學(xué)中心進行博士后研究，其導(dǎo)師為美國科學(xué)院院士、物理系杰出教授 Moses Chan 。 2007年，拿到中科院物理研究所凝聚態(tài)物理博士學(xué)位。 2010年4月，任美國賓夕法尼亞州立大學(xué)納米科學(xué)中心副研究員。同年，接受了北京大學(xué)量子材料科學(xué)中心研究員的職位。

單從這份簡單的履歷來看，王健的科研生涯似乎足夠順暢。且不說中科院物理研究所在國內(nèi)的地位，他從事博士后研究的賓夕法尼亞州立大學(xué)，其物理系科研實力位列全美前十，尤其納米技術(shù)研究更是在全美享有盛譽。根據(jù) Small Times Magazine 的調(diào)查結(jié)果，該大學(xué)已經(jīng)第二次在納米技術(shù)研究領(lǐng)域獨占鰲頭。然而，在一貫強大的科研支持背后，卻有著鮮為人知的艱難。 “ 凝聚態(tài)物理，其實偏重于材料科學(xué)，主要研究材料的物理性質(zhì)。 ” 王健介紹說， “ 在中科院物理所是碩博連讀，一共5 年，第一年不用進實驗室，但要學(xué)完這幾年需要的所有課程。實驗過程中，我申請過6項專利，但第一作者的論文不是很好，而對我們來說有影響力的SCI論文又是十分重要的。 ” 從學(xué)到做，他坦言壓力極大，遇到過不少挫折，但對于未知科學(xué)世界的好奇促使他迎難而上，逐漸在納米體系的超導(dǎo)近鄰效應(yīng)和拓撲絕緣體等量子輸運領(lǐng)域做出了開拓性的成果，在國際同齡青年科學(xué)工作者中明顯處于領(lǐng)先地位。如在拓撲絕緣體的電子輸運方面首次定量引入電子一電子相互作用的量子修正；率先在拓撲絕緣體與超導(dǎo)體的相互作用領(lǐng)域取得了實驗上的突破；首次在實驗上觀測到單晶鐵磁 ( 鈷和鎳 ) 納米線與超導(dǎo)納米電極間的長程鐵磁超導(dǎo)相互作用和在相變點的電阻異常峰，該結(jié)果為當前新興前沿領(lǐng)域鐵磁一超導(dǎo)納米異質(zhì)結(jié)構(gòu)物性研究中的重大突破，進一步推動了該領(lǐng)域的發(fā)展；在實驗上研究了單晶金屬 ( 金 ) 納米線中超導(dǎo)長程近鄰效應(yīng)誘導(dǎo)的超導(dǎo)特性，發(fā)現(xiàn)了新的窄能隙的超導(dǎo)態(tài)和在磁場引發(fā)的超導(dǎo)相變過程中的微分磁阻振蕩行為；實驗發(fā)現(xiàn)單晶半金屬鉍納米線在低溫下 (1 K 左 ) 顯示超導(dǎo)特性，并觀測到磁場下的量子振蕩行為，結(jié)果表明在超導(dǎo)溫度以下鉍納米線的表面存在奇異的超導(dǎo)一金屬共存態(tài)；通過實驗揭示了形貌對于單晶超導(dǎo)鉛薄膜超導(dǎo)電性的影響；系統(tǒng)研究了鉛納米橋結(jié)構(gòu)電輸運特性，發(fā)現(xiàn)了新奇的超導(dǎo)行為；首次實驗上研究了單晶超導(dǎo)鉛薄膜與高摻雜硅的界面效應(yīng)，并觀測到巨大磁阻現(xiàn)象；參與改造了 套超高真空分子束外延系統(tǒng)并用其成功實現(xiàn)了 II － VI 族半導(dǎo)體薄膜的生長；作為主要完成人之一設(shè)計搭建了一套超高真空分子束外延 - 雙探針掃描隧道顯微鏡。低溫強磁場 ( 裂磁 ) 聯(lián)合系統(tǒng)。

經(jīng)過多年的錘煉，他已不復(fù)當年初出茅廬的青澀。近4年來，他已發(fā)表了近20篇高質(zhì)量 SCI論文，其中第一作者及通訊作者文章10多篇，包括1篇 Nature Physics ， 1篇Physical Review Letters 和一篇 Nano Letters 。 2011年，在物理領(lǐng)域最具影響力的美國物理學(xué)年會三月會議上，王健應(yīng)邀做了特邀報告。此外，他不僅多次受邀在其他重要國際會議上作報告，還被聘為 ACSnano( 影響因子： 9.855) 等近十種國際著名SCI 學(xué)術(shù)期刊審稿人。

走向前沿

2011年9月，王健在國外的工作將收尾，屆時，他將在北京大學(xué)國際量子材料中心開展納米尺度的低維量子材料電輸運特性研究，具體指向 “ 納米異質(zhì)結(jié)構(gòu)中超導(dǎo)和鐵磁的相互作用 ” 、 “ 金屬半金屬納米線中的超導(dǎo)近鄰效應(yīng)與新奇超導(dǎo)特性 ” 以及 “ 單晶拓撲絕緣體薄膜與納米線中的量子輸運與近鄰效應(yīng) ” 。

以此為研究方向自然是有原因的。 “ 鐵磁，超導(dǎo)納米結(jié)構(gòu)中的超導(dǎo)鐵磁相互作用是當前科學(xué)界方興未艾的重要前沿領(lǐng)域。在常規(guī)超導(dǎo)體中，超導(dǎo)溫度以下自旋相反的電子會組成庫伯對。而在鐵磁體中，電子以自旋極化的方式出現(xiàn)。因此，當超導(dǎo)鐵磁相互接觸的時候，超導(dǎo)體中的庫伯對在鐵磁體中只能拓展幾個納米的尺度。然而，近來越來越多的實驗指出在納米尺度超導(dǎo)／鐵磁異質(zhì)雜化結(jié)構(gòu)中，在一定條件下超導(dǎo)庫伯對能在鐵磁體中傳播幾百納米到微米量級的尺度，這就是所謂的長程近鄰效應(yīng)。國際上的理論研究認為，這個現(xiàn)象可能與鐵磁／超導(dǎo)界面的 P 一波超導(dǎo)配對有關(guān)，但相關(guān)爭論依然是國際研究中的熱點。 ” 而王健的前期研究也證明了該方向不僅有助于揭開納米結(jié)構(gòu)中超導(dǎo)鐵磁量子態(tài)之間的相互作用機理，從而實現(xiàn)基礎(chǔ)研究領(lǐng)域的重大突破，而且為基于電子自旋和超導(dǎo)無耗散的電子器件的研發(fā)提供了新的方向。

至于其他兩個方向，無一不是國際前沿所關(guān)注的焦點。在 “ 金屬半金屬納米線中的超導(dǎo)近鄰效應(yīng)與新奇超導(dǎo)特性 ” 領(lǐng)域，王健計劃以單晶納米線一超導(dǎo)電極體系為基礎(chǔ)，采用不同的超導(dǎo)電極和不同的金屬納米線，改變對應(yīng)的各種參數(shù)，從而實現(xiàn)一維超導(dǎo)體的人工設(shè)計，同時，開展各種超導(dǎo)電極對單晶半金屬納米線的影響和近鄰效應(yīng)的研究，爭取在國際上取得相關(guān)領(lǐng)域的領(lǐng)導(dǎo)地位。

對 “ 單晶拓撲絕緣體薄膜與納米線中的量子輸運與近鄰效應(yīng) ” 研究，王健一方面重點探尋拓撲絕緣體與超導(dǎo)體的納米異質(zhì)結(jié)構(gòu)中的 Maiorana 費米子及可能的拓撲量子計算，在納米鐵磁拓撲絕緣體異質(zhì)結(jié)構(gòu)中探索自旋流的特性以及相應(yīng)的自旋電子學(xué)；一方面計劃在高質(zhì)量拓撲絕緣體薄膜以及納米線上制備超導(dǎo)電極和鐵磁電極，期望在最關(guān)鍵的問題上給出最重要的結(jié)論和解釋，推動拓撲絕緣體尤其是納米尺度拓撲絕緣體領(lǐng)域的進一步發(fā)展。不僅如此，他還計劃在 “ 電極與納米線之間的電接觸問題 ” 等關(guān)鍵性問題上取得突破，以期在新的納米異質(zhì)體系中發(fā)現(xiàn)新的現(xiàn)象和物性。

對于未來的發(fā)展，王健的研究計劃排得滿滿的。三到五年，在北大組建國際領(lǐng)先的低溫強磁場物性測試實驗室、樣品制備實驗室以及一流的學(xué)術(shù)團隊 ! 五到十年，在納米尺度的量子材料領(lǐng)域做出國際一流的學(xué)術(shù)成果 ! 他的自信源于長期以來扎實的學(xué)術(shù)基礎(chǔ)，也源自北京大學(xué)對他不遺余力的支持。

“ 北大承諾會配備充足的啟動經(jīng)費和實驗室，個人待遇也有相當?shù)谋Ｕ希�這種對人才的支持和尊重，是我回國的重要原因，也是我前進的動力。 ” 王健深知，一個合格的實驗物理學(xué)家首先要具備充分的動手能力， “ 我希望能夠多做一些原創(chuàng)性工作，帶來一些科研突破，增強北大以及中國在國際科學(xué)界相應(yīng)領(lǐng)域的話語權(quán)。當然，如果能夠做出有應(yīng)用潛力的創(chuàng)新性成果，最好是能申請相應(yīng)的國內(nèi)或者國際專利。 ”

《中國發(fā)明與專利》 2011年09期