敬仰缅怀 - 华夏骄子张首晟教授
生命之歌
日月光华 旦复旦兮 吾将上下而求索
2015年，张首晟教授因其在拓扑绝缘体的开创性贡献，在费城与另外两位同事领取了声誉卓越的富兰克林奖章。这是美国历史最为悠久的科学大奖，张首晟也因此跻身于爱迪生、居里夫人、特斯拉、爱因斯坦和比尔盖茨的行列。“富兰克林是我儿时的英雄。我们都听过这个故事，他冒着生命危险，飞着风筝研究雷电。”张首晟说，“而我，只是用我的纸和笔做研究。”
的确，张首晟只是用纸和笔，理论预测了一类全新的物质形态，拓扑绝缘体，在HgTe的存在，并很快为实验所验证。这是一类奇妙的材料，块体是绝缘的，表面却是导电的。它的发现被Science杂志列为重大科学进展。而富兰克林研究所则在颁奖辞中称，拓扑绝缘体本身美妙绝伦，而它的应用，则可能比三级管的发明意义更加深远，将给电子学、半导体、计算机科学、和信息技术带来革命性的变化。
接受采访时，张首晟说，2006年，他的研究发现，在拓扑绝缘体电子可以沿着特定轨道运行以避免碰撞和损耗，并由此有可能延伸摩尔定律的有效期，即集成电路上的晶体管元件数量大约每两年增加一倍。由于线路已经接近临界尺寸，传统方式很难继续延续摩尔定律过去几十年的巨大成功。这是当前半导体工业所面临的最严峻的挑战。而张首晟的发现表明，单原子层的拓扑绝缘体，在计算机芯片工作的温度下，导电效率将达到100%。这可能最终取代我们手机和电脑中的硅，从而给信息技术和半导体行业带来革命。
拓扑绝缘体是当前凝聚态物理最热门的领域，吸引了许多理论与实验物理学家。而张首晟所预测的stanene，可能会是下一个超级材料新星。Stanene是拉丁名字“锡”（stannum）和石墨烯(graphene) 的后缀结合，由单层的锡原子组成，结构与石墨烯类似。如果在晶格中掺入氟原子，其工作温度可高达100度以上。因此未来将会广泛应用，包括提升电脑芯片速度，并降低其能耗。张守晟认为，拓扑绝缘体的应用可使得我们在移动电话上安装等同于整个谷歌服务器的功率。这样用户就不用每天充电了。这将是信息技术领域的一场革命。
2010年，美国流行电视节目“生活大爆炸” 围绕拓扑绝缘体做了一期节目，张首晟一夜之间家喻户晓，超过四千万的观众知道了他的理论。“我从来没有想过，一个科学发现能够引起这么多人的关注。”张首晟说。
张首晟在斯坦福大学的中国同事珍藏着一瓶半世纪的茅台酒，随时准备庆祝他可能的诺贝尔奖。因为在拓扑绝缘体、量子自旋霍尔效应，自旋电子学及高温超导领域的卓越贡献，张首晟获得了一系列的重要科学奖项，如2009年亚历山大?冯?洪堡研究奖、2010年古登堡研究奖、欧洲物理奖、2012年奥利弗?巴克利奖、狄拉克奖章、2013年物理前沿奖、以及2015年富兰克林奖章。他是中国科学院外籍院士，也在2015年当选为美国科学院院士。这些奖项的许多获得者最终都获得了诺贝尔奖，张首晟也是诺贝尔物理学奖的强有力竞争者，是Thomason Reuters所预测的热门人选。
可是当提到可能获得的诺贝尔奖时，张首晟却宁愿谈论其研究经历。他说，“生命最美好的不是目标，而是经历。看到完美孕育的思想在大自然中得到证实，对于我这样的科学家来说，是最好不过的回报。”古希腊人猜想，世界上任何事物都是由所谓的原子作为基本单元而构成。从那时起，基础科学的一部分就致力寻找组成物质的更小的基本单元。同时，物理学家也尽力弄清这些基本单元如何组合在一起，形成美妙而又复杂的世界。张首晟主要研究如何用电子和原子这样的基础单元构造材料。
张首晟1963年出生上海。1978年，基本依靠自学的15岁张首晟没有经过高中便考入了复旦大学攻读理论物理专业。当年，中国政府启动一个项目，将大学考试中名列前茅的学生送到国外深造。因为这个项目，张首晟在大学第一个学期之后，便远赴德国留学，1983年获得柏林自由大学的学士学位，1987年在美国获得了纽约州立大学石溪分校博士学位。
2005年年轻的张首晟回复旦参加百年校庆
在石溪分校，张首晟的导师和榜样是杨振宁先生。“他告诉我，科学和其他任何事物一样，依靠最简单的表述达到至美的境界。”张首晟说，“诗歌中我们用最简单的语句表达最复杂的思想情感，而在理论物理学，我们用最简洁的公式描述这个世界，从微小的原子到浩瀚的宇宙。在这个意义上，科学与艺术有共同的审美诉求。这是杨振宁先生教给我的东西”。
张首晟说，92岁的杨振宁仍然和他保持亲密的友谊，经常会在两个小时内回复他的邮件。杨振宁和李政道在1957年因发现宇称不守恒而获得诺贝尔物理学奖，他们是张首晟学习物理的最初动力。“在二十世纪五十年代，他们向世界证明，中国科学家一样可以做出伟大的业绩。”张首晟说，“他们的名字对于中国人意义重大，影响了我们这一代人。”
这些年，指导着许多的中国学生。他说“物理上，我们分析难以理解的自然现象，并将其总结成简单通用的自然规律。而我自己深受年轻学生的鼓舞和吸引。他们的思维方式充满了创新，没有边界。”他希望自己留给世界的除了研究成果，还有他的学生。张首晟指导过20个物理学博士，其中许多人已经成为哈佛大学，普林斯顿大学，斯坦福大学，和清华大学的学术带头人。
张首晟也说，美国给了他可能的机会。“1980年，我第一次去德国。很多德国人之前根本没有见过中国人。他们对我很亲切，邀请我去家里晚餐。可是三年过去了，他们仍然那么热情。”他解释道，“然后我才意识到我被当做一个来访德国的客人。美国则不同，没有人真正在意你是谁，来自哪里。这个国家接受任何寻找机会的人。当你来到了这片土地，你就可以掌握自己的命运。”
张首晟将自己的学术成就归功于斯坦福大学，他认为那是他幸福的源头。“每天早晨来上班，我简直不敢相信世界上有这样美好的工作。加利福尼亚阳光灿烂，环境优美，我所教的学生可以说是世界上最聪慧的，我也有完全的自由去做我的研究。”张首晟说，“生活再美好不过了。”
许多人认为张首晟是上帝的宠儿，甚至有人视他为天才。“天赋？但激情更重要！”张首晟说。他将自己早期学业归功于知识分子家庭的熏陶。张首晟的祖父是1908年复旦大学的第一届毕业生，而他的父亲则主修轮船制造专业，毕业于交通大学。他说，“那时候我有大量的时间阅读，玩耍，思考，探索。当时学校里面并没有教什么东西，但是我总是不断自学。这个习惯我到现在还在坚持。”
张首晟的儿子Brian在高中获得了国际物理学金牌，现在是哈佛大学三年级学生，主修物理学，辅修计算机。他的女儿Stephanie在加利福尼亚Palo Alto 的 Gunn高中就读。她希望利用网络视频教育帮助世界底层的孩子们。去年Stephanie在青海一个教育严重匮乏的偏远地区，对当地孩子展开一个社会学研究。张首晟的妻子Barbara，是IBM公司的软件工程师，两人从幼儿园就相识。
张首晟认为，教育者或者父母影响下一代的最重要的事情，就是给孩子们留有空间，让他们自己去寻找兴趣和热情。“现在年轻人面临着繁重的家庭作业，学习非常辛苦，根本没有时间去思考他们真正感兴趣的是什么。”张首晟说，“我们应该给年轻的学生留有足够的空间，让他们去寻找自己真正的兴趣和热情所在，指导他们自我探索。归根到底，只有热情和自我激励才是最持久的。”
张首晟的兴趣爱好广泛，远超出科学之外，涵括哲学、诗歌、戏曲和历史。每次会议旅行，他都会详细了解当地城市历史文化资料。
最后，让我们以张首晟的一页PPT结束。His physical body passed away, but his idea will last until the end of humanity...
母校《复旦人》追忆张首晟：那个在阁楼里看哲学书的孤独少年
原复旦档案馆馆长周桂发表示：
惊悉有着浓厚复旦情节的校友张首晟先生突然离世，倍感惋惜。
近些年与他的交往历历在目。
我筹建校史馆时，得知2004年12月在物理学国际研讨会上，他向王生洪老校长展示他祖父宣统元年的毕业文凭。
2005年5月，他将其祖父的毕业文凭捐赠给复旦大学，我和档案馆沈如松馆长接受捐赠。如今，这件珍贵的文物成为校史馆的镇馆之宝。
七年后，2012年6月2日，他借来复旦参会的机会，将他多年来获得的重要证书（影印件）捐赠给复旦，并在影印件上一一签名。我与他座谈40多分钟，留下珍贵影像资料。
2005年，正值复旦大学百年校庆前夕，一位有心人向复旦校史馆捐赠了一份毕业文凭。文凭主人叫张彝，是当时复旦公学的第二届学生。这份签发于1909年的毕业证书是我国目前存世的最早大学毕业文凭。这位有心人叫张首晟，张彝是他的祖父，在祖父毕业近70年后的一个秋天，他也踏进了复旦园，成为张家的第二个复旦人。
不久后，张首晟远涉重洋深造，在科研领域穷幽探微多年，凭借高质量的科研成果以及多项物理学重量级奖项，成为跻身大洋彼岸物理学界顶级俱乐部的华裔科学家。
阁楼少年：真正的启蒙教育不是科学，而是艺术和哲学
张彝的毕业文凭被发现以前，一直尘封在张家静安区祖屋的阁楼上。对张首晟来说，家里的阁楼是一个神奇的角落，从幼年开始，他总是能在这里发现各式有趣的物什，从伯父的大学毕业年册，到《西方哲学史》、《西方艺术概论》等书籍，不一而足。
送别
张首晟3岁那年，全国高考中断，各类劳动锻炼侵占了课堂，黄浦江边已安置不下一张平静书桌。年幼的张首晟是个内向的小孩，白天在教室里学习各类印着领袖语录和最高指示的课本，回到家里，则一头扎在阁楼上阅读“捕获”的各类“怪书”。“在红色的年代里能够看到古希腊的雕塑，是很幸福的。对我而言，真正的启蒙教育不是科学，而是艺术和哲学。”张首晟回忆道。阁楼岁月，成为他成长中一段隐秘的快乐。
十年时光，上海滩上一批又一批青年响应伟大领袖的号召，踌躇满志地到更广阔的天地里自我改造。没有人留意到，有一个孩子，正躲在紧窄逼仄的阁楼上如饥似渴地啃着一部部硕果仅存的书籍。楼外是山呼海啸的红色声浪，楼内是沉静缄默的青葱岁月。“那是个读书无用论的年代，喜欢读书的孩子反而会被轻视，完全是一种逻辑的颠倒，我当时对读书的渴求完全来自于内心的驱动。”张首晟在同伴眼中，沉默寡言，其实在他内心正在孕育着无限生机。当他自由而无用地读书时，或许并没有预料到，这段阁楼岁月积累的营养竟会令他受用一生。
初中生上大学
1976年，张首晟12岁时，阁楼外的世界渐渐地发生了变化，声浪仍旧一波高过一波，但内容却在走马灯地换。新鲜气息刺激着每个人的嗅觉，那年，父亲给张首晟买了一套自学丛书，其中包括数学、物理等科目，为即将到来的变化未雨绸缪。第二年，高考正式恢复。等不到夏天，这次高考即在北风呼啸中匆匆举行。对于当年上山下乡耗尽青春的哥哥姐姐来说，这场提前举行的考试来得太迟了，但对当时初三在读的张首晟而言，似乎还为之尚早。但那是个万象更新的年代，1978年夏天，张首晟与高考不期而遇。
那年，上海允许初中毕业生直接参加高考，每个区仅限10个名额，参加高考的初中毕业生需要参加预赛，通过后方能获得高考资格。阁楼上的少年有些蠢蠢欲动了：“伯父的大学毕业年册对大学有着生动的描写，我从小就非常盼望大学生活。虽然我是初中生，但当时的环境下，高中生也不比我拥有更多的知识，所以还是有些信心的。”张首晟说。可是,一旦落榜，非但不能实现大学梦，连高中的大门都无缘了。“这是我人生中面临的一次最严峻的选择。”张首晟后来坦言。父母顾虑再三后还是选择支持他。于是，张首晟参加了当年的预赛，并顺利获得高考资格。1978年的高考是空前绝后的，共赴考场的，有黑五类的“崽子”，也有又红又专的苗子；有在边城遥望故乡明月的老知青，也有张首晟这样在阁楼上探看窗外世界的少年，决定命运的，不再仅仅是家庭出生，还有分数。
张首晟如愿以偿，拿到了复旦大学的录取通知书。那年高考改变了很多人的命运，包括张首晟。“我的初中学校很差，如果按部就班再读普通高中，也许结果就和今天不一样了，人生的成就总是跟你一些十字路口上的选择有关。”张首晟说。
没有文凭的复旦人
1978年9月，复旦大学物理系迎来了一个没有高中文凭的少年大学生。“初中时，在很封闭的情况下，我们都知道杨振宁、李政道获得诺贝尔奖，为中华民族争了一口气。大学时选择理论物理专业，就是冲着他们的榜样力量。”张首晟如是说。走进物理系，距离偶像又近了一步，不过当年的他或许没有想到，自己和偶像的缘分远不止如此。
复旦的时光是快乐的，对于阁楼上的少年来说尤其如此:“在初中的时候，由于喜欢读书，周围的人都不以为然，我一直感觉很孤单。来到复旦之后，大家都如饥似渴地读书，有了很多的好朋友。”张首晟说。那年，张首晟住在11号楼303室，一个寝室8个人，他的年纪最小。平日里看得最多的就是争分夺秒地读书，偶尔的课余生活也成忙碌的学生生活的美好点缀。班上有海外关系的同学陈捷弄到了进口彩色胶卷，这在当年是金贵无比的稀罕玩意，但他还是毫不吝啬地把它拿到学校和同学共享。这些彩色胶卷，留下了许多张首晟在复旦园里珍贵的青春影像，他和陈捷也结成了莫逆之交，每逢对方赴美，一定住他家里。
大学第一个学期就这样愉快而匆匆地过去了。第二学期开始，一日，张首晟正在宿舍里自习，班主任突然上门，告知他将被选派前往德国柏林大学深造。张首晟高考成绩优异，在当时已被列入留德学生的内定人选。
对张首晟来说，这个消息可谓天降喜讯。他对德国最初的印象，来自儿时啃过的那些哲学书籍，隐隐约约知道它是康德、黑格尔的祖国。“学了物理以后，发现教科书上重要的物理公式很多都是德国物理学家的贡献，去德国留学对我来说像做梦一样。”张首晟说。当年公派到德国的学生一律要在同济大学接受为期一年的德语培训。1980年，没有来得及拿到复旦文凭的张首晟，正式踏上了赴德之旅。
阁楼上的孤独小孩、少年大学生、没有文凭的复旦人、杨振宁的得意门生、最年轻的斯坦福终身教授……，最让他骄傲的身份，或许只是简简单单三个字——科学家。多年后，红色声浪早已远去，阁楼依旧。当科学家张首晟翻出祖父张彝的毕业文凭时，不知是否会想起当初那个沉默寡言的少年，以及曾经在此汨汨流逝过的自由而无用的时光。
两位物理学大家的师生情缘
沉淀了几日之后，96岁的杨振宁发出的这封信，克制却包含深情，抹不去的是他对爱徒的欣赏与怀念。
“对他来说，获得诺贝尔奖只是时间问题。”早在此前，杨振宁就毫不讳言地表达对张首晟科研成就的认可。这不只是老师对学生的偏爱。基于对拓扑绝缘体和量子自旋霍尔效应的开创性研究，张首晟包揽了物理界所有重量级奖项；而国际理论物理学中心狄拉克奖、尤里基础物理学奖、富兰克林奖等奖项的得主，通常是诺贝尔物理学奖的候选人。
而就在今年的10月16日，在华东师范大学建校67周年校庆日时，杨振宁和张首晟还师生同台，共同做客该校大师讲堂首讲，寄语年轻学子“要在书本外多动一下脑筋”，留下了师生同台的一段佳话。
“杨先生是我的偶像，他改写了我一生的研究方向。一切伟大的科学灵感和被验证的过程就来自于‘寻美求真’的理念。”在当天的演讲中，张首晟围绕“寻美求真”主题，回顾了自己如何在杨振宁先生指引下从高能物理转向凝聚态物理并取得成功的科研之路，认为自己深受恩师寻美求真风格以及饮水思源爱国精神的影响。
而再往前追溯，这段两位物理名家之间的师生情缘则在张首晟少年时期就已经埋下了种子。
在一次会议中张首晟曾回忆，早在中学时代，已了解杨振宁的科学事迹，并深受鼓舞努力学习物理学科；到石溪深造也是受到杨振宁朋友影响，因为杨在该校执教。
公开信息显示，1983年，获德国柏林自由大学硕士学位之后，张首晟去了美国的纽约州立大学石溪分校，师从物理学大师杨振宁，攻读博士学位，研究方向是杨老用心推荐却又不为人知的凝聚态物理。
在纽约州立大学石溪分校，杨振宁用心教导张首晟，并且不支持张首晟走自己的老路——从事基本粒子物理研究。张首晟曾回忆，两人第一次见面，他告诉老师，自己的兴趣是追逐爱因斯坦的梦想，将引力和其他力统一起来。杨振宁则直接回应，不赞成追求这样一种目标，物理学是一门宽泛的学科，随处可以找到有趣的问题。
张首晟一开始并不明白老师的用心，但日后，他领悟到了杨老的远见，因为当时的杨振宁就笃定凝聚态物理在今天的物理学领域中发展最快。
天使
痴迷“美与简洁”的天才
更让张首晟得益匪浅的是，杨振宁，这位有着诗人气质的科学家，带领着他领略到了不一般的科研境界。
在杨振宁为研究生新生开设的“理论物理问题选”课程上，张首晟明白老师所言，“自然的复杂性可以统一于理论的美与简洁之中，而理论物理学的意义正在于此。”
“他告诉我，诗歌追求的境界是用两句话将复杂的感情说清楚，科学也是追求用一个简单的公式去描写大自然的所有万千现象。艺术和科学是相通的，F=ma’、‘E=MC2’就是描写大自然的最美丽的诗句。”
导师的话，激活了张首晟对于艺术的启蒙记忆。
“为美所驱追求科学，真是一种最高的境界，杨振宁先生带领我进入的境界，在书本上是学不到的。”张首晟感慨。后来，张首晟展望物理学发展的未来，觉得随着学科越来越专业化，隔行如隔山，而如要真正做出创新，科学家还需更高的视野。
他举例说，牛顿发现万有引力，说明了三大力学定理，但当时理论物理根本没有这个名词，他那本奠定物理学基础的书叫Mathematical Principles of Natural Philosophy，这是历史上最成功的用数学语言来描写大自然，体现着无与伦比的的美。“因为在最高的境界上，科学跟艺术，科学跟美，主观、客观是统一在一起的。”
在这一点上，张首晟颇得导师的精神。师傅领进门，修行在个人，从基本粒子物理突然转向凝聚态物理并非一件轻而易举之事，好学而刻苦的张首晟做成了。而对于“美与简洁”的追求，不仅仅影响他的学术研究，在后来的投资中同样有所体现。
几年前，张首晟斯坦福的同事准备了茅台酒，准备等张首晟获得诺贝尔物理学家之后把酒高歌，庆祝一番。可惜，张首晟的人生休止符最终停留在了2018年12月1日。
阁楼上的孤独小孩、少年大学生、杨振宁的得意门生、最年轻的斯坦福终身教授、最接近诺奖的科学家……
张首晟留下很多。而他与杨振宁这段动人的师生情缘，也足以给我们、给今天的教育更多启迪。
作为张首晟在美国纽约州立大学石溪分校攻读博士时的老师，著名物理学家、诺贝尔奖得主杨振宁9日独家致信光明日报，回顾张首晟的科研历程和卓越成就，表达对爱徒的无限怀念和哀悼。
以下为杨振宁先生亲撰文章：
张首晟是第一流的物理学家
凝聚态物理研究的对象是物质的各种性质：铜为什么能导电，而橡皮就不能？为什么水会结冰，会变成蒸汽？等等。这个领域与应用，与世界经济发展，与人类的日常生活都有密切关系，所以是物理学中特别重要的领域。张首晟在此领域做出多项重要工作。其中最重要的是：关于自旋霍尔效应（QuantumSpin Hall Effect，QSH）的震惊物理学界的工作。
2005-2006年，美国宾州大学（University of Pennsylvania）的C.L。 Kane和张首晟独立发表理论论文，指出有些复合物在适当条件下可能有表面导电现象。这两篇文章立刻引起所有凝聚态物理工作者的注意。可是哪些化合物，在何种条件下，才会有此奇特的表面导电现象是一个大难题。
首晟告诉我，他和几位半导体实验物理学家于2006年计算了多种半导体中的量子井（Quantum Well）的性质，于2006年11月15日发表了一篇文章，预言一种特别的汞-碲-镉（Hg-Te-Cd）半导体量子井会有表面导电及其他重要现象。半导体有许多种，量子井的结构有许多可能，他们如何选定了Hg-Te-Cd量子井？我认为回答是：他们有深入的物理直觉。
2007年德国Würzburg大学Molenkamp的实验团队，根据此建议调试了一个HgTe/（HgCd）Te量子井，最后发现果然有导电和其他现象。那年12月莫伦坎普团队与张首晟和他的学生祁晓亮联合发表了一篇文章，公布实验结果。此文章是近年来最最震惊物理学界的文章。
物理学界普遍认为张、Kane和Molenkamp一定会得诺贝尔奖，现在张不幸逝世，我相信Kane和Molenkamp早晚会得到诺贝尔奖。
张首晟12月1日去世。享年55岁。
斯坦福大学现任教授史蒂文·基佛尔森（Steven Allan Kivelson）发邮件表达沉痛哀悼著名美国华裔科学家、斯坦福大学物理系教授张首晟的去世。
史蒂文·基佛尔森是一位美国理论物理学家，因其对凝聚态物理学的几项重大贡献而闻名。他目前是斯坦福大学的Prabhu Goel Family人文与科学学院物理系教授。在2004年加入斯坦福大学之前，他是加州大学洛杉矶分校的物理学教授。
以下是部分悼念文:
亲爱的同事们：
上周六晚，我们的同事张首晟突然去世。
这是个巨大的损失。首晟是理论物理领域长期以来做出杰出贡献的跨学科领袖。他对真理的追求和用优雅的数学方法来解决复杂的现实问题（物理及物理领域之外的问题），他对许许多多聪明学生们和学术文献的指导，以及他在研究领域的许多开创性贡献，定会刻在他的纪念碑上。
正如你们中的许多人一样，我失去了一位挚友。他对新生事物的热情极富感染力，对探索各种学科的思想和对学术的热爱，随着他悲剧的结束重新凝聚在一起。你们中那些认识他的人也会记得他和他家庭的亲密有爱的关系，以及他一直以来引以为傲的孩子：Brian和Stephanie。当然还有他的青梅竹马和一生挚爱，Barbara。。。
光华颂
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