马约拉那是“天使粒子”的最早预言者,不幸的是,他在一次乘船旅行中失踪了。
“历史上总有一些科学家会逆常人而思考。对于这种反常规,大家通常的反应是要么接受、要么批评。可悲的是,对于马约拉那的大胆猜想,大家睬都不睬他。 ”张首晟说。
在寻找“天使粒子”的过程中,张首晟坦言,从事基础科学研究,他的内心是孤独的。 “有时一个新颖的想法,大家可能根本不理解。有时,道路眼看就要到终点了,突然发现,整个都不对。这种心情是极为痛苦的。 ”
该实验设计的主要贡献人、美国加利福尼亚大学洛杉矶分校的王康隆也说,“天使粒子”的发现是“偶然中的惊喜”。 “我们最初的设想是找到一种理想的拓扑绝缘体薄膜材料,因此累积生产了3000多片薄膜,但在实验过程中,我们发现这套设计方案非常适合观测‘天使粒子\’,所以做了重新规划。 ”
虽然张首晟团队2015年就预言,如果在磁性拓扑绝缘体上面再叠加一个超导体,就会组成拓扑超导体,由此将找到“天使粒子”,但是,将磁性的拓扑绝缘体与超导体叠加并不简单。
论文共同通讯作者、上海科技大学信息科学与技术学院助理教授寇煦丰说,磁性拓扑绝缘体和超导体这两个材料会互相影响,要找到一个准确窗口,让这两个对抗的材料互不干扰非常难。最终,在美国加利福尼亚大学戴维斯分校和洛杉矶分校的共同努力下,合成了这种叠加器件。
经历了一次次无功而返和对材料参数的不断优化,王康隆团队终于抓到了机遇窗口,在电学测量实验中成功观测到了张首晟团队理论预言的 “半整数量子台阶”,也是“天使粒子”存在的证据。
“第一次观测到‘天使粒子\’时,惊喜而振奋!这是大自然对孤独者的奖赏。 ”张首晟回忆,论文送审期间,他们还在不断复盘,确保结论经得住检验。王康隆说,“审稿人审了整整一年,他们每提出一个疑问,我们都会用30多页纸回复。为此,我们增加了很多补充实验。 ”
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