2023年度國家科學技術獎24日在北京揭曉並頒獎。中國科學院物理研究所研究員方忠及其團隊在「拓撲電子材料計算預測」方面取得重要科學發現，獲得2023年度國家自然科學獎的一等獎。這一發現使我國拓撲物態研究領域站在國際最前沿。
記者在中國科學院物理研究所看到，方忠院士和科研團隊正在研究最新找到的拓撲電子材料。經過多輪研究攻關，科研團隊共計算了3萬多種非磁性材料，篩選出8000多種是拓撲絕緣體或拓撲金屬，極大地推動了拓撲材料的發現和研究。
中國科學院院士 中國科學院物理研究所所長 方忠：我們成果的名稱叫做拓撲電子材料計算預測，它其實有兩個方面的重要的意義。第一就是擴展了我們人類對於物質世界的一個認知的邊界，原來有很多東西我們沒認識到，這個是一個概念性的突破。另外一個方面就是通過具體的材料的發現，也為我們未來的可能的一些變革性的技術的出現提供了一些物質的載體。
拓撲，是數學中非常重要的概念，用於研究幾何物體在連續形變下不變的性質，隨後被科學家引用到物理學中，描述材料中電子分布的狀態，通過孔洞的數目來標識，孔洞就相當於區分不同材料的拓撲數。
中國科學院院士 中國科學院物理研究所所長 方忠：我們簡單講把這個球或碟子叫做拓撲0，有1個孔洞的（咖啡杯）叫做拓撲的1。我可以用整數來定義它，我一共有2個孔洞，拓撲的2，這個都可以來定義拓撲物態。什麼概念？就是我們要通過電子的狀態來實現我剛才談到的拓撲性質。
拓撲電⼦態研究是近年來凝聚態物理最為重要的前沿領域之⼀，相關研究已三次獲得諾貝爾物理學獎。與前⾯三次諾貝爾獎的發現不同，2000年後該領域的研究著重於沒有外磁場的拓撲電子材料。
中國科學院院士 中國科學院物理研究所所長 方忠：電阻的起源，一個最簡單的例子就是雜質，電子在運動過程中碰到一個雜質，它就被彈回來了，哪怕繞過雜質它也得往前走，因為只有朝前走是它唯一的可能狀態，其實是對電子進行了約束，永遠可以保持一個非常好的沒有電阻的狀態。
在這條全新的賽道上，我國科學家發展了創新的計算⽅法，並通過計算預測成功發現了量⼦反常霍爾效應絕緣體、拓撲外爾半⾦屬等最重要且最基本的拓撲電⼦材料新體系，豐富新奇的拓撲物性也為新型功能器件的應用奠定了重要的科學和材料基礎。
中國科學院院士 中國科學院物理研究所所長 方忠：我們現在都知道半導體晶片裡頭發熱等等，就是因為有電阻，電子在傳輸過程中就會導致發熱，利用這些新的這種拓撲材料就有可能實現沒有電阻的這樣的一種電子的輸運的狀態，這個就會降低我們的能耗。當然還有很多的在未來的量子計算方面，有可能實現基於拓撲的叫拓撲量子計算機，當然這都還是比較遙遠，但是它給我們思想就全部有一個新的可能的方向。而這些如果一旦實現，它可能是一個技術的重大的變革。
此外，科研團隊還提出並實現了一種全新的拓撲不變量計算⽅法，並已發展成為研究拓撲性質的標準計算⽅法，也提供了⼀種新的研究範式，加速了新物態和新材料的發現。
總台央視記者 帥俊全：將數學中的拓撲原理應用到物理當中，發現新的材料，獲得這一重大成果之後，現在科研團隊又在光學器件的設計當中使用了數學的拓撲原理。可以看到我身邊的這三個雷射器，最遠端的一個光腔結構就使用了數學的拓撲原理，可以看到同樣的材料，而使用了數學拓撲原理的雷射器，它的聚光效果要超出以往的數10倍。
中國科學院院士 中國科學院物理研究所所長 方忠：我們感到非常興奮，拓撲物理學的大門才剛剛打開，應該說我們後期還有重要的工作，首先基於所有這些拓撲的物態，我們應該要去構建一個全新的理論框架，另外我們現在發現了拓撲物態還是比較少的，可能還有更多更有趣的拓撲物質的狀態需要我們去發現，第三個方面我們覺得我們現在離應用還是很遙遠的，但是我們必須要朝著可能應用努力，真正要落地，我覺得這些東西都是未來我們需要努力的。
（來源：央視新聞客戶端）