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邓肯·霍尔丹 编辑
邓肯·霍尔丹(Frederick Duncan Michael Haldane),1951年9月14日出生于英国伦敦,诺贝尔物理学奖得主,美国艺术与科学院院士,英国皇家学会院士,美国物理学会会士,美国科学促进会会士,英国物理学会会士,普林斯顿大学尤金·希金斯物理学教授。邓肯·霍尔丹于1973年获得剑桥大学自然科学学士学位;1977年至1981年在法国格勒诺布尔的劳厄-朗之万研究所担任物理学研究员;1978年获得剑桥大学物理学博士学位;1981年至1985年担任南加州大学物理学助理教授;1985年至1997年在新泽西州默里山的贝尔实验室工作;1986年当选为美国物理学会会士;1987年至1990年担任加利福尼亚大学圣地亚哥分校物理学教授;1992年当选为美国艺术与科学院院士;1996年当选为英国皇家学会院士,同年当选英国物理学会会士;2001年当选为美国科学促进会会士;2016年获得诺贝尔物理学奖。邓肯·霍尔丹致力于凝聚态物理的研究。
中文名:邓肯·霍尔丹
外文名:Frederick Duncan Michael Haldane
国籍:美国
出生地:英国伦敦
出生日期:1951年9月14日
毕业院校:剑桥大学
职业:教育科研工作者
主要成就:1986年当选为美国物理学会会士1992年当选为美国艺术与科学院院士1996年当选为英国皇家学会院士2001年当选为美国科学促进会会士2016年获得诺贝尔物理学奖
学历:研究生
学位:博士
1973年,获得剑桥大学自然科学学士学位。
1977年—1981年,在法国格勒诺布尔的劳厄-朗之万研究所担任物理学研究员。
1978年,获得剑桥大学物理学博士学位,导师是菲利普·沃伦·安德森。
1981年—1985年,担任南加州大学物理学助理教授。
1985年—1997年,在新泽西州默里山的贝尔实验室工作。
1986年,当选为美国物理学会会士。
1987年—1990年,担任加利福尼亚大学圣地亚哥分校物理学教授。
1990年,加入普林斯顿大学担任教授。
1992年,当选为美国艺术与科学院院士。
1996年,当选为英国皇家学会院士,同年当选英国物理学会会士。
2001年,当选为美国科学促进会会士。
2016年,因在解释一维原子磁链和二维半导体性质方面的工作,获得诺贝尔物理学奖。
科研成就
科研综述
在1960年代和1970年代,许多理论工作集中在研究自旋为1/2的原子磁链上。当时普遍认为,自旋为整数的原子磁链会表现出相同的行为。1983年,邓肯·霍尔丹利用拓扑技术证明了这两种类型的磁链有着显著的不同。
1988年,邓肯·霍尔丹扩展了索利斯(David Thouless)关于量子霍尔效应的研究。索利斯解释了在量子霍尔效应中,电子导电性为何以整数步长变化。在这种效应中,电子被置于两个半导体之间的导电层中,并受到强磁场的作用。邓肯·霍尔丹展示了即使在没有磁场的情况下,这种电子形成的流体也可以在半导体中出现。这种行为首次在2013年被观察到。
1988年,邓肯·霍尔丹提出了一种类石墨烯的拓扑非平凡能带结构模型,该模型具有破缺的时间反演对称性,但具有常规的布洛赫态,展示了在没有朗道能级的情况下的整数量子霍尔效应。这种模型后来被称为“Chern绝缘体”,是最初的“拓扑绝缘体”。邓肯·霍尔丹的模型启发了Kane和Mele在2004年提出的时间反演对称的二维拓扑绝缘体模型,进而导致了三维拓扑绝缘体的发现。邓肯·霍尔丹还与学生S. Raghu合作,理论上证明了可以制造具有“单向”边缘模式的拓扑非平凡光子能带结构,这些模式可以绕过障碍物而不发生反向散射。后来研究发现,具有“平带”的Chern绝缘体模型可能支持没有朗道能级的FQHE,这也是邓肯·霍尔丹的研究兴趣之一。
在1990年代,邓肯·霍尔丹深入研究了分数量子霍尔效应(FQHE)的几何学。他发现,当电子在高磁场下移动时,其轨道的“引导中心”具有非对易的分量,并定义了一种“量子几何”。邓肯·霍尔丹提出,电子在分数量子霍尔效应中的“不可压缩量子流体”状态可以被建模为由复合玻色子(由p个粒子和q个磁通量子组成的复合物)形成的凝聚态。他发现,这些复合玻色子的形状(几何)是FQHE的集体自由度,并用一个“单位模”空间度量张量场来描述。这一发现为FQHE状态提供了新的场论描述。
邓肯·霍尔丹与学生李辉(Hui Li)研究了量子态的“纠缠谱”。他们发现,通过将量子态(如FQHE流体)分解为两个空间区域,可以绘制出“伪能量”激发谱,从而识别拓扑序。这种方法成为检测和识别拓扑序的强大工具。
邓肯·霍尔丹还研究了FQHE的模型波函数,如Laughlin波函数和Moore-Read波函数,并发现这些波函数可以表示为Jack多项式。这些多项式具有关键属性,即它们只包含可以从根状态“压缩”出来的占据数配置。邓肯·霍尔丹与A. Bernevig合作,探索这些属性是否可以用于精确计算这些模型状态的性质。
学术论文
发表年份 | 论文标题 | 期刊/预印本 |
---|---|---|
1988年 | Quantum Hall effect without Landau levels: a condensed-matter realization of the parity anomaly | 物理评论快报(Physical Review Letters) |
2008年 | Entanglement spectrum as a generalization of entanglement entropy: identification of topological order in fractional quantum Hall states | 物理评论快报(Physical Review Letters) |
2008年 | Possible realization of unidirectional waveguides in photonic crystals with broken time-reversal symmetry | 物理评论快报(Physical Review Letters) |
2009年 | Clustering properties and model wavefunctions for non-Abelian fractional quantum Hall quasielectrons | 物理评论快报(Physical Review Letters) |
2011年 | Geometric description of the fractional quantum Hall effect | arXiv预印本(arXiv:1106.3375) |
参考资料: |
人才培养
培养成果
邓肯·霍尔丹的博士生Ashvin Vishwanath,2001年从普林斯顿大学博士毕业,后成为哈佛大学乔治·瓦斯默·莱弗里特物理学教授,于2024年当选为美国国家科学院院士。
荣誉表彰
获奖时间 | 荣誉表彰 | 授予单位 |
---|---|---|
1984年—1988年 | 阿尔弗雷德·P·斯隆基金会研究员奖 | 阿尔弗雷德·P·斯隆基金会 |
1986年 | 美国物理学会会士 | 美国物理学会 |
1992年 | 美国艺术与科学院院士 | 美国艺术与科学院 |
1993年 | 奥利弗·E·巴克利奖 | 美国物理学会 |
1996年 | 英国皇家学会院士 | 英国皇家学会 |
1996年 | 英国物理学会会士 | 英国物理学会 |
2001年 | 美国科学促进会会士 | 美国科学促进会 |
2008年 | 洛伦兹讲座教授 | 洛伦兹研究所 |
2012年 | 狄拉克奖章 | 阿卜杜斯·萨拉姆国际理论物理中心 |
2015年 | 塞尔吉-蓬图瓦兹大学荣誉博士 | 塞尔吉-蓬图瓦兹大学 |
2016年 | 诺贝尔物理学奖 | 瑞典皇家科学院 |
2017年 | 斯洛文尼亚-美国教育基金会终身成就奖 | 斯洛文尼亚-美国教育基金会 |
参考资料: |
家世背景
邓肯·霍尔丹的父亲是斯科特·霍尔丹,母亲是卡林西亚斯洛文尼亚人柳德米拉·伦科。据他自己所说,他的民族背景是一半苏格兰人和一半斯洛文尼亚人。
(邓肯·霍尔丹)在凝聚态物理理论做出基础性贡献。(中国科学院评)
邓肯·霍尔丹是个很厉害的人物,他的工作很有原创性。(清华大学高等研究院时任研究员汪忠评)
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