近日，菲列兹·伦敦奖评奖委员会宣布2020年度菲列兹·伦敦奖将授予清华大学副校长、北京量子信息科学研究院院长薛其坤院士，美国阿贡国家实验室的Vinokur博士和德国马普学会固体化学物理研究所的Steglich教授。
菲列兹·伦敦奖是国际纯粹物理和应用物理联合会为纪念著名物理学家——菲列兹·伦敦而设立的，菲列兹．伦敦是20世纪理论物理和化学发展中的关键性人物之一，是量子化学的创立者之一，也是第一位提出超导和超流动性可以被看作是宏观量子现象的人。菲列兹·伦敦奖旨在奖励在低温物理领域做出杰出贡献的科学家，是国际公认的低温物理领域最高奖。
菲列兹·伦敦奖，奖项设立于1957年，每三年评审一次，在过去63年间的24届获奖者中，共有50余位著名物理学家被授予这个奖项，其中12人次后来获得了诺贝尔物理学奖，这包括天才物理学家朗道博士，发明晶体管和建立超导微观理论、首个在同一领域两次获得诺贝尔奖的John Bardeen博士等，可见其含金量。
朗道
薛其坤也是国内首个、亚洲第二个获得此项荣誉的科学家，他也被认为是中国最有希望获得诺贝尔奖的科学家之一。
薛其坤发现的量子反常霍尔效应，被认为将推动新一代的低能耗晶体管和电子学器件的发展，可能加速推进信息技术革命的进程。
1879 年，美国物理学家霍尔在研究金属的导电机制时发现，在一个通有电流的导体中，如果施加一个垂直于电流方向的磁场，由于洛伦兹力的作用，电子的运动轨迹将产生偏转，从而在垂直于电流和磁场方向的导体两端产生电压，这个电磁输运现象就是著名的霍尔效应。
霍尔效应它定义了磁场和感应电压之间的关系。当电流通过一个位于磁场中的导体的时候，磁场会对导体中的电子产生一个横向的作用力，从而在导体的两端产生电压差。
1880年，霍尔在研究磁性金属的霍尔效应时发现，即使不加外磁场也可以观测到霍尔效应，这种零磁场中的霍尔效应就是反常霍尔效应。反常霍尔电导是由于材料本身的自发磁化而产生的，因此是一类新的重要物理效应。
后来， 1980 年，著名物理学家冯·克里津从金属-氧化物-半导体场效应晶体管(MOSFET)发现了一种新的量子霍尔效应。被命名为整数量子霍尔效应，1982年，华人科学家崔琦和史特莫在二维电子系统中现了分数化的霍尔电阻平台。一开始是发现了?和?两个平台，他的发现被命名为分数霍尔效应。
即使存在霍尔效应和量子霍尔效应，那么肯定也存在量子反常霍尔效应，因此在发现整数量子霍尔效应以及分数量子霍尔效应之后，科学家开始去尝试探寻量子反常霍尔效应的存在，量子反常霍尔效应也被视作“量子霍尔效应家族最后一个重要成员”，然而这项世界难题一直以来都没有人攻破。
根据科学家的推测，量子反常霍尔效应它不依赖于强磁场而由材料本身的自发磁化产生。在零磁场中就可以实现量子霍尔态，更容易应用到人们日常所需的电子器件中。自1988年开始，就不断有理论物理学家提出各种方案，然而在实验上没有取得任何进展。
实验中做到量子反常霍尔效应的测量为什么难度极大。薛其坤打了个比方：“把材料在5纳米的严格厚度上均匀到1毫米，才能实现对其的测量，这就相当于做一张学校操场那么大的A4纸，又要让它非常均匀。”
量子霍尔效应示意图，来源：中国科普博览
从2009 年，薛其坤团队经过近5年的研究，从拓扑绝缘体材料生长初期的成功，再到后期克服实验中的重重难关，薛其坤团队付出了常人难以想象的努力。但实验最终的成功与否，还要看一个标志性实验数据——在零磁场中，能否让磁性拓扑绝缘体材料的霍尔电阻跳变到25813欧姆的量子电阻值。
他们生长测量了1000多个样品。最终，他们利用分子束外延方法，生长出了高质量的Cr掺杂（Bi，Sb）2Te3拓扑绝缘体磁性薄膜，并在极低温输运测量装置上成功观测到了量子反常霍尔效应。这是首次在实验上发现量子反常霍尔效应。
这是中国科学家首次在实验上独立观测到量子反常霍尔效应，被视作“世界基础研究领域的一项重要科学发现”。
此前，与霍尔效应相关的研究都斩获了诺贝尔奖，冯·克里津获得1985年诺贝尔物理学奖，而崔琦和史特莫则获得了 1998 年诺贝尔奖。到了2005年，英国科学家安德烈·海姆和康斯坦丁·诺沃肖洛夫。他们俩在2005年发现了石墨烯中的半整数量子霍尔效应，斩获2010年的诺贝尔物理学奖，2016年获得诺贝尔奖的戴维·索利斯，邓肯·霍尔丹和迈克尔·科斯特利茨，他们的研究也和霍尔效应有关。霍尔效应的探索可以说成为物理学最近几十年最受关注的研究领域之一。
之所以科学界对于霍尔效应的研究成果都十分重视，是因为人们按照霍尔效应开发的各种霍尔元件被广泛应用于精密测磁、自动化控制、通信、计算机、航空航天等工业部门和国防领域。
量子反常霍尔效应在未来信息技术的发展上也具有重要的作用，它可能在未来电子器件中发挥特殊的作用，用于制备低能耗的高速电子器件，从而推动信息技术的进步。因为普通量子霍尔效应的产生需要用到非常强的磁场(通常需要的磁场强度是地磁场的几万倍甚至几十万倍)，应用起来十分昂贵和困难；而且其体积庞大(衣柜大小)也不适合于个人电脑和便携式计算机。
而量子反常霍尔效应的最美妙之处就在于不需要任何外加磁场，人类有可能利用其无耗散的边缘态发展新一代的低能耗晶体管和电子学器件，从而解决电脑发热问题和摩尔定律的瓶颈问题。
所以世界科学界都认为薛其坤也将有极大概率获得诺贝尔物理学奖。此次薛其坤斩获菲列兹·伦敦奖，也是因为在实验上发现量子反常霍尔效应这一突出成就。
可以说，屡获国际大奖的薛其坤距离诺贝尔奖仅一步之遥！
