北京时间今天（10月2日）下午17时45分，2018诺贝尔物理学奖将揭晓。

日前，有6位科学家获得了被誉为“诺奖风向标”的科睿唯安物理学领域“引文桂冠奖”。其中，美国伊利诺伊州芝加哥大学的大卫·奥沙隆和美国加州大学圣巴巴拉分校的阿瑟 C·戈萨德，由于观测到了半导体中的自旋霍尔效应，获得了该荣誉。

2017诺贝尔物理学奖得主巴里·巴里什不久前曾预测，今年的诺贝尔物理学奖可能会是凝聚态物理。自旋电子学是凝聚态物理和微电子的交叉学科，大卫·奥沙隆和阿瑟 C·戈萨德是否有希望呢？解放日报·上观新闻记者采访了上海科技大学助理教授寇煦丰。

有望极大地降低芯片能耗

“这就像是构筑起了电子的高速公路，电子可以有规律地运动了，而之前连个交通指挥灯都没有，电子就会乱撞。”说到半导体材料里的自旋霍尔效应，寇煦丰生动地打了个比方。

传统电子计算机中0和1这两个逻辑值是由半导体内的电子数目表示的，但这个界定不够严谨，比如设定100为阈值，那么有101个或是 99个电子，到底是算0还是1呢？与电荷数相对应的，电子本身只有两种自旋态，即自旋向上或自旋向下，使用这种自旋态来表达0或1就比较精准，但一直以来利用电场对半导体内自旋态的操控比较困难，很难具体应用。

上个世纪70-90年代，先后有前苏联和美国的理论物理学家提出可以利用半导体内部自旋与原子轨道耦合的作用来实现对电子自旋态的调控。大卫·奥沙隆和阿瑟 C·戈萨德，在2004年首次通过实验，利用磁光克尔显微镜，在半导体材料砷化镓的边缘探测到了向上和向下的自旋电流分离的自旋霍尔效应。“这就像是实现了两个不同方向的车流在高速公路的相向而行，从而在根本上解决了传统电子器件发热的问题。”寇煦丰说，这一工作极大地推动了其后自旋电子学发展，如今这个领域每天都有大量相关文章发表。此外，自旋电子学和传统微电子相结合，有望极大地降低芯片能耗，这也是目前计算机发展的最大瓶颈。

“今年可能会是光学或是电磁学”

大卫·奥沙隆和阿瑟 C·戈萨德是否有可能拿下2018诺贝尔物理学奖呢？寇煦丰告诉解放日报·上观新闻记者，这两位科学家的实验工作是后摩尔定律时代非常重要的一个贡献，之后的量子自旋霍尔效应也是在这个基础上的工作。但在自旋电子学领域，开创性的发现有很多，这个工作只是其中之一，若从里程碑的角度来讲，含金量还没有那么大。此外，自旋霍尔效应是先有理论再有实验验证，按照诺贝尔奖的惯例，即使这个奖颁给自旋霍尔效应，也需要跟做理论的科学家共同分享。

2016年诺贝尔物理学奖授予了三位美国科学家——戴维·索利斯、邓肯·霍尔丹和迈克尔·科斯特利茨，以表彰他们发现了物质拓扑相，以及在拓扑相变方面做出的理论工作。“拓扑相这个工作是和自旋电子学相关的领域。根据诺贝尔物理学奖不成文的‘风水轮流转’规律来看，可能这两年不会再颁发给同样领域的工作。”

“如果真要预测的话，去年是高能领域的引力波获得诺贝尔物理学奖，今年可能会是光学或是电磁学吧。”寇煦丰说。