生命之歌
日月光華 旦複旦兮 吾將上下而求索
2015年，張首晟教授因其在拓撲絕緣體的開創性貢獻，在費城與另外兩位同事領取了聲譽卓越的富蘭克林獎章。這是美國曆史最為悠久的科學大獎，張首晟也因此躋身於愛迪生、居裏夫人、特斯拉、愛因斯坦和比爾蓋茨的行列。“富蘭克林是我兒時的英雄。我們都聽過這個故事，他冒著生命危險，飛著風箏研究雷電。”張首晟說，“而我，隻是用我的紙和筆做研究。”
的確，張首晟隻是用紙和筆，理論預測了一類全新的物質形態，拓撲絕緣體，在HgTe的存在，並很快為實驗所驗證。這是一類奇妙的材料，塊體是絕緣的，表麵卻是導電的。它的發現被Science雜誌列為重大科學進展。而富蘭克林研究所則在頒獎辭中稱，拓撲絕緣體本身美妙絕倫，而它的應用，則可能比三級管的發明意義更加深遠，將給電子學、半導體、計算機科學、和信息技術帶來革命性的變化。
接受采訪時，張首晟說，2006年，他的研究發現，在拓撲絕緣體電子可以沿著特定軌道運行以避免碰撞和損耗，並由此有可能延伸摩爾定律的有效期，即集成電路上的晶體管元件數量大約每兩年增加一倍。由於線路已經接近臨界尺寸，傳統方式很難繼續延續摩爾定律過去幾十年的巨大成功。這是當前半導體工業所麵臨的最嚴峻的挑戰。而張首晟的發現表明，單原子層的拓撲絕緣體，在計算機芯片工作的溫度下，導電效率將達到100%。這可能最終取代我們手機和電腦中的矽，從而給信息技術和半導體行業帶來革命。
拓撲絕緣體是當前凝聚態物理最熱門的領域，吸引了許多理論與實驗物理學家。而張首晟所預測的stanene，可能會是下一個超級材料新星。Stanene是拉丁名字“錫”（stannum）和石墨烯(graphene) 的後綴結合，由單層的錫原子組成，結構與石墨烯類似。如果在晶格中摻入氟原子，其工作溫度可高達100度以上。因此未來將會廣泛應用，包括提升電腦芯片速度，並降低其能耗。張守晟認為，拓撲絕緣體的應用可使得我們在移動電話上安裝等同於整個穀歌服務器的功率。這樣用戶就不用每天充電了。這將是信息技術領域的一場革命。
2010年，美國流行電視節目“生活大爆炸” 圍繞拓撲絕緣體做了一期節目，張首晟一夜之間家喻戶曉，超過四千萬的觀眾知道了他的理論。“我從來沒有想過，一個科學發現能夠引起這麽多人的關注。”張首晟說。
張首晟在斯坦福大學的中國同事珍藏著一瓶半世紀的茅台酒，隨時準備慶祝他可能的諾貝爾獎。因為在拓撲絕緣體、量子自旋霍爾效應，自旋電子學及高溫超導領域的卓越貢獻，張首晟獲得了一係列的重要科學獎項，如2009年亞曆山大?馮?洪堡研究獎、2010年古登堡研究獎、歐洲物理獎、2012年奧利弗?巴克利獎、狄拉克獎章、2013年物理前沿獎、以及2015年富蘭克林獎章。他是中國科學院外籍院士，也在2015年當選為美國科學院院士。這些獎項的許多獲得者最終都獲得了諾貝爾獎，張首晟也是諾貝爾物理學獎的強有力競爭者，是Thomason Reuters所預測的熱門人選。
可是當提到可能獲得的諾貝爾獎時，張首晟卻寧願談論其研究經曆。他說，“生命最美好的不是目標，而是經曆。看到完美孕育的思想在大自然中得到證實，對於我這樣的科學家來說，是最好不過的回報。”古希臘人猜想，世界上任何事物都是由所謂的原子作為基本單元而構成。從那時起，基礎科學的一部分就致力尋找組成物質的更小的基本單元。同時，物理學家也盡力弄清這些基本單元如何組合在一起，形成美妙而又複雜的世界。張首晟主要研究如何用電子和原子這樣的基礎單元構造材料。
張首晟1963年出生上海。1978年，基本依靠自學的15歲張首晟沒有經過高中便考入了複旦大學攻讀理論物理專業。當年，中國政府啟動一個項目，將大學考試中名列前茅的學生送到國外深造。因為這個項目，張首晟在大學第一個學期之後，便遠赴德國留學，1983年獲得柏林自由大學的學士學位，1987年在美國獲得了紐約州立大學石溪分校博士學位。
2005年年輕的張首晟回複旦參加百年校慶
在石溪分校，張首晟的導師和榜樣是楊振寧先生。“他告訴我，科學和其他任何事物一樣，依靠最簡單的表述達到至美的境界。”張首晟說，“詩歌中我們用最簡單的語句表達最複雜的思想情感，而在理論物理學，我們用最簡潔的公式描述這個世界，從微小的原子到浩瀚的宇宙。在這個意義上，科學與藝術有共同的審美訴求。這是楊振寧先生教給我的東西”。
張首晟說，92歲的楊振寧仍然和他保持親密的友誼，經常會在兩個小時內回複他的郵件。楊振寧和李政道在1957年因發現宇稱不守恒而獲得諾貝爾物理學獎，他們是張首晟學習物理的最初動力。“在二十世紀五十年代，他們向世界證明，中國科學家一樣可以做出偉大的業績。”張首晟說，“他們的名字對於中國人意義重大，影響了我們這一代人。”
這些年，指導著許多的中國學生。他說“物理上，我們分析難以理解的自然現象，並將其總結成簡單通用的自然規律。而我自己深受年輕學生的鼓舞和吸引。他們的思維方式充滿了創新，沒有邊界。”他希望自己留給世界的除了研究成果，還有他的學生。張首晟指導過20個物理學博士，其中許多人已經成為哈佛大學，普林斯頓大學，斯坦福大學，和清華大學的學術帶頭人。
張首晟也說，美國給了他可能的機會。“1980年，我第一次去德國。很多德國人之前根本沒有見過中國人。他們對我很親切，邀請我去家裏晚餐。可是三年過去了，他們仍然那麽熱情。”他解釋道，“然後我才意識到我被當做一個來訪德國的客人。美國則不同，沒有人真正在意你是誰，來自哪裏。這個國家接受任何尋找機會的人。當你來到了這片土地，你就可以掌握自己的命運。”
張首晟將自己的學術成就歸功於斯坦福大學，他認為那是他幸福的源頭。“每天早晨來上班，我簡直不敢相信世界上有這樣美好的工作。加利福尼亞陽光燦爛，環境優美，我所教的學生可以說是世界上最聰慧的，我也有完全的自由去做我的研究。”張首晟說，“生活再美好不過了。”
許多人認為張首晟是上帝的寵兒，甚至有人視他為天才。“天賦？但激情更重要！”張首晟說。他將自己早期學業歸功於知識分子家庭的熏陶。張首晟的祖父是1908年複旦大學的第一屆畢業生，而他的父親則主修輪船製造專業，畢業於交通大學。他說，“那時候我有大量的時間閱讀，玩耍，思考，探索。當時學校裏麵並沒有教什麽東西，但是我總是不斷自學。這個習慣我到現在還在堅持。”
張首晟的兒子Brian在高中獲得了國際物理學金牌，現在是哈佛大學三年級學生，主修物理學，輔修計算機。他的女兒Stephanie在加利福尼亞Palo Alto 的 Gunn高中就讀。她希望利用網絡視頻教育幫助世界底層的孩子們。去年Stephanie在青海一個教育嚴重匱乏的偏遠地區，對當地孩子展開一個社會學研究。張首晟的妻子Barbara，是IBM公司的軟件工程師，兩人從幼兒園就相識。
張首晟認為，教育者或者父母影響下一代的最重要的事情，就是給孩子們留有空間，讓他們自己去尋找興趣和熱情。“現在年輕人麵臨著繁重的家庭作業，學習非常辛苦，根本沒有時間去思考他們真正感興趣的是什麽。”張首晟說，“我們應該給年輕的學生留有足夠的空間，讓他們去尋找自己真正的興趣和熱情所在，指導他們自我探索。歸根到底，隻有熱情和自我激勵才是最持久的。”
張首晟的興趣愛好廣泛，遠超出科學之外，涵括哲學、詩歌、戲曲和曆史。每次會議旅行，他都會詳細了解當地城市曆史文化資料。
最後，讓我們以張首晟的一頁PPT結束。His physical body passed away, but his idea will last until the end of humanity...
母校《複旦人》追憶張首晟：那個在閣樓裏看哲學書的孤獨少年
原複旦檔案館館長周桂發表示：
驚悉有著濃厚複旦情節的校友張首晟先生突然離世，倍感惋惜。
近些年與他的交往曆曆在目。
我籌建校史館時，得知2004年12月在物理學國際研討會上，他向王生洪老校長展示他祖父宣統元年的畢業文憑。
2005年5月，他將其祖父的畢業文憑捐贈給複旦大學，我和檔案館沈如鬆館長接受捐贈。如今，這件珍貴的文物成為校史館的鎮館之寶。
七年後，2012年6月2日，他借來複旦參會的機會，將他多年來獲得的重要證書（影印件）捐贈給複旦，並在影印件上一一簽名。我與他座談40多分鍾，留下珍貴影像資料。
2005年，正值複旦大學百年校慶前夕，一位有心人向複旦校史館捐贈了一份畢業文憑。文憑主人叫張彝，是當時複旦公學的第二屆學生。這份簽發於1909年的畢業證書是我國目前存世的最早大學畢業文憑。這位有心人叫張首晟，張彝是他的祖父，在祖父畢業近70年後的一個秋天，他也踏進了複旦園，成為張家的第二個複旦人。
不久後，張首晟遠涉重洋深造，在科研領域窮幽探微多年，憑借高質量的科研成果以及多項物理學重量級獎項，成為躋身大洋彼岸物理學界頂級俱樂部的華裔科學家。
閣樓少年：真正的啟蒙教育不是科學，而是藝術和哲學
張彝的畢業文憑被發現以前，一直塵封在張家靜安區祖屋的閣樓上。對張首晟來說，家裏的閣樓是一個神奇的角落，從幼年開始，他總是能在這裏發現各式有趣的物什，從伯父的大學畢業年冊，到《西方哲學史》、《西方藝術概論》等書籍，不一而足。
送別
張首晟3歲那年，全國高考中斷，各類勞動鍛煉侵占了課堂，黃浦江邊已安置不下一張平靜書桌。年幼的張首晟是個內向的小孩，白天在教室裏學習各類印著領袖語錄和最高指示的課本，回到家裏，則一頭紮在閣樓上閱讀“捕獲”的各類“怪書”。“在紅色的年代裏能夠看到古希臘的雕塑，是很幸福的。對我而言，真正的啟蒙教育不是科學，而是藝術和哲學。”張首晟回憶道。閣樓歲月，成為他成長中一段隱秘的快樂。
十年時光，上海灘上一批又一批青年響應偉大領袖的號召，躊躇滿誌地到更廣闊的天地裏自我改造。沒有人留意到，有一個孩子，正躲在緊窄逼仄的閣樓上如饑似渴地啃著一部部碩果僅存的書籍。樓外是山呼海嘯的紅色聲浪，樓內是沉靜緘默的青蔥歲月。“那是個讀書無用論的年代，喜歡讀書的孩子反而會被輕視，完全是一種邏輯的顛倒，我當時對讀書的渴求完全來自於內心的驅動。”張首晟在同伴眼中，沉默寡言，其實在他內心正在孕育著無限生機。當他自由而無用地讀書時，或許並沒有預料到，這段閣樓歲月積累的營養竟會令他受用一生。
初中生上大學
1976年，張首晟12歲時，閣樓外的世界漸漸地發生了變化，聲浪仍舊一波高過一波，但內容卻在走馬燈地換。新鮮氣息刺激著每個人的嗅覺，那年，父親給張首晟買了一套自學叢書，其中包括數學、物理等科目，為即將到來的變化未雨綢繆。第二年，高考正式恢複。等不到夏天，這次高考即在北風呼嘯中匆匆舉行。對於當年上山下鄉耗盡青春的哥哥姐姐來說，這場提前舉行的考試來得太遲了，但對當時初三在讀的張首晟而言，似乎還為之尚早。但那是個萬象更新的年代，1978年夏天，張首晟與高考不期而遇。
那年，上海允許初中畢業生直接參加高考，每個區僅限10個名額，參加高考的初中畢業生需要參加預賽，通過後方能獲得高考資格。閣樓上的少年有些蠢蠢欲動了：“伯父的大學畢業年冊對大學有著生動的描寫，我從小就非常盼望大學生活。雖然我是初中生，但當時的環境下，高中生也不比我擁有更多的知識，所以還是有些信心的。”張首晟說。可是,一旦落榜，非但不能實現大學夢，連高中的大門都無緣了。“這是我人生中麵臨的一次最嚴峻的選擇。”張首晟後來坦言。父母顧慮再三後還是選擇支持他。於是，張首晟參加了當年的預賽，並順利獲得高考資格。1978年的高考是空前絕後的，共赴考場的，有黑五類的“崽子”，也有又紅又專的苗子；有在邊城遙望故鄉明月的老知青，也有張首晟這樣在閣樓上探看窗外世界的少年，決定命運的，不再僅僅是家庭出生，還有分數。
張首晟如願以償，拿到了複旦大學的錄取通知書。那年高考改變了很多人的命運，包括張首晟。“我的初中學校很差，如果按部就班再讀普通高中，也許結果就和今天不一樣了，人生的成就總是跟你一些十字路口上的選擇有關。”張首晟說。
沒有文憑的複旦人
1978年9月，複旦大學物理係迎來了一個沒有高中文憑的少年大學生。“初中時，在很封閉的情況下，我們都知道楊振寧、李政道獲得諾貝爾獎，為中華民族爭了一口氣。大學時選擇理論物理專業，就是衝著他們的榜樣力量。”張首晟如是說。走進物理係，距離偶像又近了一步，不過當年的他或許沒有想到，自己和偶像的緣分遠不止如此。
複旦的時光是快樂的，對於閣樓上的少年來說尤其如此:“在初中的時候，由於喜歡讀書，周圍的人都不以為然，我一直感覺很孤單。來到複旦之後，大家都如饑似渴地讀書，有了很多的好朋友。”張首晟說。那年，張首晟住在11號樓303室，一個寢室8個人，他的年紀最小。平日裏看得最多的就是爭分奪秒地讀書，偶爾的課餘生活也成忙碌的學生生活的美好點綴。班上有海外關係的同學陳捷弄到了進口彩色膠卷，這在當年是金貴無比的稀罕玩意，但他還是毫不吝嗇地把它拿到學校和同學共享。這些彩色膠卷，留下了許多張首晟在複旦園裏珍貴的青春影像，他和陳捷也結成了莫逆之交，每逢對方赴美，一定住他家裏。
大學第一個學期就這樣愉快而匆匆地過去了。第二學期開始，一日，張首晟正在宿舍裏自習，班主任突然上門，告知他將被選派前往德國柏林大學深造。張首晟高考成績優異，在當時已被列入留德學生的內定人選。
對張首晟來說，這個消息可謂天降喜訊。他對德國最初的印象，來自兒時啃過的那些哲學書籍，隱隱約約知道它是康德、黑格爾的祖國。“學了物理以後，發現教科書上重要的物理公式很多都是德國物理學家的貢獻，去德國留學對我來說像做夢一樣。”張首晟說。當年公派到德國的學生一律要在同濟大學接受為期一年的德語培訓。1980年，沒有來得及拿到複旦文憑的張首晟，正式踏上了赴德之旅。
閣樓上的孤獨小孩、少年大學生、沒有文憑的複旦人、楊振寧的得意門生、最年輕的斯坦福終身教授……，最讓他驕傲的身份，或許隻是簡簡單單三個字——科學家。多年後，紅色聲浪早已遠去，閣樓依舊。當科學家張首晟翻出祖父張彝的畢業文憑時，不知是否會想起當初那個沉默寡言的少年，以及曾經在此汨汨流逝過的自由而無用的時光。
兩位物理學大家的師生情緣
沉澱了幾日之後，96歲的楊振寧發出的這封信，克製卻包含深情，抹不去的是他對愛徒的欣賞與懷念。
“對他來說，獲得諾貝爾獎隻是時間問題。”早在此前，楊振寧就毫不諱言地表達對張首晟科研成就的認可。這不隻是老師對學生的偏愛。基於對拓撲絕緣體和量子自旋霍爾效應的開創性研究，張首晟包攬了物理界所有重量級獎項；而國際理論物理學中心狄拉克獎、尤裏基礎物理學獎、富蘭克林獎等獎項的得主，通常是諾貝爾物理學獎的候選人。
而就在今年的10月16日，在華東師範大學建校67周年校慶日時，楊振寧和張首晟還師生同台，共同做客該校大師講堂首講，寄語年輕學子“要在書本外多動一下腦筋”，留下了師生同台的一段佳話。
“楊先生是我的偶像，他改寫了我一生的研究方向。一切偉大的科學靈感和被驗證的過程就來自於‘尋美求真’的理念。”在當天的演講中，張首晟圍繞“尋美求真”主題，回顧了自己如何在楊振寧先生指引下從高能物理轉向凝聚態物理並取得成功的科研之路，認為自己深受恩師尋美求真風格以及飲水思源愛國精神的影響。
而再往前追溯，這段兩位物理名家之間的師生情緣則在張首晟少年時期就已經埋下了種子。
在一次會議中張首晟曾回憶，早在中學時代，已了解楊振寧的科學事跡，並深受鼓舞努力學習物理學科；到石溪深造也是受到楊振寧朋友影響，因為楊在該校執教。
公開信息顯示，1983年，獲德國柏林自由大學碩士學位之後，張首晟去了美國的紐約州立大學石溪分校，師從物理學大師楊振寧，攻讀博士學位，研究方向是楊老用心推薦卻又不為人知的凝聚態物理。
在紐約州立大學石溪分校，楊振寧用心教導張首晟，並且不支持張首晟走自己的老路——從事基本粒子物理研究。張首晟曾回憶，兩人第一次見麵，他告訴老師，自己的興趣是追逐愛因斯坦的夢想，將引力和其他力統一起來。楊振寧則直接回應，不讚成追求這樣一種目標，物理學是一門寬泛的學科，隨處可以找到有趣的問題。
張首晟一開始並不明白老師的用心，但日後，他領悟到了楊老的遠見，因為當時的楊振寧就篤定凝聚態物理在今天的物理學領域中發展最快。
天使
癡迷“美與簡潔”的天才
更讓張首晟得益匪淺的是，楊振寧，這位有著詩人氣質的科學家，帶領著他領略到了不一般的科研境界。
在楊振寧為研究生新生開設的“理論物理問題選”課程上，張首晟明白老師所言，“自然的複雜性可以統一於理論的美與簡潔之中，而理論物理學的意義正在於此。”
“他告訴我，詩歌追求的境界是用兩句話將複雜的感情說清楚，科學也是追求用一個簡單的公式去描寫大自然的所有萬千現象。藝術和科學是相通的，F=ma’、‘E=MC2’就是描寫大自然的最美麗的詩句。”
導師的話，激活了張首晟對於藝術的啟蒙記憶。
“為美所驅追求科學，真是一種最高的境界，楊振寧先生帶領我進入的境界，在書本上是學不到的。”張首晟感慨。後來，張首晟展望物理學發展的未來，覺得隨著學科越來越專業化，隔行如隔山，而如要真正做出創新，科學家還需更高的視野。
他舉例說，牛頓發現萬有引力，說明了三大力學定理，但當時理論物理根本沒有這個名詞，他那本奠定物理學基礎的書叫Mathematical Principles of Natural Philosophy，這是曆史上最成功的用數學語言來描寫大自然，體現著無與倫比的的美。“因為在最高的境界上，科學跟藝術，科學跟美，主觀、客觀是統一在一起的。”
在這一點上，張首晟頗得導師的精神。師傅領進門，修行在個人，從基本粒子物理突然轉向凝聚態物理並非一件輕而易舉之事，好學而刻苦的張首晟做成了。而對於“美與簡潔”的追求，不僅僅影響他的學術研究，在後來的投資中同樣有所體現。
幾年前，張首晟斯坦福的同事準備了茅台酒，準備等張首晟獲得諾貝爾物理學家之後把酒高歌，慶祝一番。可惜，張首晟的人生休止符最終停留在了2018年12月1日。
閣樓上的孤獨小孩、少年大學生、楊振寧的得意門生、最年輕的斯坦福終身教授、最接近諾獎的科學家……
張首晟留下很多。而他與楊振寧這段動人的師生情緣，也足以給我們、給今天的教育更多啟迪。
作為張首晟在美國紐約州立大學石溪分校攻讀博士時的老師，著名物理學家、諾貝爾獎得主楊振寧9日獨家致信光明日報，回顧張首晟的科研曆程和卓越成就，表達對愛徒的無限懷念和哀悼。
以下為楊振寧先生親撰文章：
張首晟是第一流的物理學家
凝聚態物理研究的對象是物質的各種性質：銅為什麽能導電，而橡皮就不能？為什麽水會結冰，會變成蒸汽？等等。這個領域與應用，與世界經濟發展，與人類的日常生活都有密切關係，所以是物理學中特別重要的領域。張首晟在此領域做出多項重要工作。其中最重要的是：關於自旋霍爾效應（QuantumSpin Hall Effect，QSH）的震驚物理學界的工作。
2005-2006年，美國賓州大學（University of Pennsylvania）的C.L。 Kane和張首晟獨立發表理論論文，指出有些複合物在適當條件下可能有表麵導電現象。這兩篇文章立刻引起所有凝聚態物理工作者的注意。可是哪些化合物，在何種條件下，才會有此奇特的表麵導電現象是一個大難題。
首晟告訴我，他和幾位半導體實驗物理學家於2006年計算了多種半導體中的量子井（Quantum Well）的性質，於2006年11月15日發表了一篇文章，預言一種特別的汞-碲-鎘（Hg-Te-Cd）半導體量子井會有表麵導電及其他重要現象。半導體有許多種，量子井的結構有許多可能，他們如何選定了Hg-Te-Cd量子井？我認為回答是：他們有深入的物理直覺。
2007年德國Würzburg大學Molenkamp的實驗團隊，根據此建議調試了一個HgTe/（HgCd）Te量子井，最後發現果然有導電和其他現象。那年12月莫倫坎普團隊與張首晟和他的學生祁曉亮聯合發表了一篇文章，公布實驗結果。此文章是近年來最最震驚物理學界的文章。
物理學界普遍認為張、Kane和Molenkamp一定會得諾貝爾獎，現在張不幸逝世，我相信Kane和Molenkamp早晚會得到諾貝爾獎。
張首晟12月1日去世。享年55歲。
斯坦福大學現任教授史蒂文·基佛爾森（Steven Allan Kivelson）發郵件表達沉痛哀悼著名美國華裔科學家、斯坦福大學物理係教授張首晟的去世。
史蒂文·基佛爾森是一位美國理論物理學家，因其對凝聚態物理學的幾項重大貢獻而聞名。他目前是斯坦福大學的Prabhu Goel Family人文與科學學院物理係教授。在2004年加入斯坦福大學之前，他是加州大學洛杉磯分校的物理學教授。
以下是部分悼念文:
親愛的同事們：
上周六晚，我們的同事張首晟突然去世。
這是個巨大的損失。首晟是理論物理領域長期以來做出傑出貢獻的跨學科領袖。他對真理的追求和用優雅的數學方法來解決複雜的現實問題（物理及物理領域之外的問題），他對許許多多聰明學生們和學術文獻的指導，以及他在研究領域的許多開創性貢獻，定會刻在他的紀念碑上。
正如你們中的許多人一樣，我失去了一位摯友。他對新生事物的熱情極富感染力，對探索各種學科的思想和對學術的熱愛，隨著他悲劇的結束重新凝聚在一起。你們中那些認識他的人也會記得他和他家庭的親密有愛的關係，以及他一直以來引以為傲的孩子：Brian和Stephanie。當然還有他的青梅竹馬和一生摯愛，Barbara。。。
光華頌
以上全文由華灜改編整理自網絡信息
