邓肯·霍尔丹

诺贝尔物理学奖得主，美国艺术与科学院院士，普林斯顿大学尤金·希金斯物理学教授

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。

人物经历

1951年9月14日，邓肯·霍尔丹出生于英国伦敦。

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。

主要成就

科研成就

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。

人才培养

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

社会任职

邓肯·霍尔丹是圆周理论物理研究所杰出访问研究主席。

个人生活

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。

人物评价

邓肯·霍尔丹作为科学家的独创性在全球物理学家中享有卓越的声誉（Duncan Haldane’s originality as a scientist has an outstanding reputation among physicists globally）。（斯洛文尼亚工程院评）

（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）

全国各地天气预报查询