左边是我们用量子力学能简单解释的一般的绝缘体。比如碗，它是绝缘的，右边是一个导体，它是金碗，是导电的，用量子力学可以解释这两个为什么不一样。什么是拓扑绝缘体？拓扑绝缘体也是一个很神奇的量子现象，它就像一个陶瓷碗上镀了一层非常薄（大概一纳米厚）的薄膜。有意思的是，这个金膜你弄不掉，你把金膜用刀刮掉它马上会自发的产生新的金膜，你再挂掉，甚至刮的再厚一点，你把它砍掉，厚度减小一半，它还是存在。你把它打成碎片也没用，它还是存在，除非把这个材料彻底分解变成原子，否则这一层金膜就会永远像鬼一样附在陶瓷碗的表面。磁性拓扑绝缘体也很神奇，刚才提到，这层金膜去不掉，但通过在材料中引入磁性，我们就可以把大部分地方的金膜自动的去掉，只剩下边缘部分，边缘上的金膜也是搞不掉的。这是2005年从理论上发现的拓扑绝缘体。

　　这里我还有一个小故事跟大家分享。人有很多机遇，2005年理论提出时，我们刚开始并没有关注。2008年我们才进入这个领域，是因为我们意识到张首晟和物理所方忠等提出的材料非常适合于我们的分子束外延技术后才进入这个领域。由于我们有好的实验技术，有二十多年的积累，很快出了成果。这个成果让我的好朋友张富春教授知道了。他在2009年6月份组织了新前沿科学方向的拓扑绝缘体论坛，邀请我去介绍我们的初步结果，正好张首晟也在这个会议上。原来张老师一直在寻找一个合适的实验合作者。因为这次会议，我们两位从理论和实验上进行了密切的合作，最后导致了量子反常霍尔效应的发现，所以有好朋友非常重要。

　　2008年：我们建立了精确控制化合物拓扑绝缘体的分子束外延生长动力学；2009-2010年：证明拓扑绝缘体刚才那层金膜是受时间反演对称性保护和无质量狄拉克费米子特性；2011-2012年：制备出刚才我们谈到的磁性的拓扑绝缘体；2012年10月发现量子反常霍尔效应，12月完成所有实验，在2013年4月发表。

　　量子世界不好对付，这不是最难的，量子反常霍尔效应最大的挑战是要制备出有磁性的、还要有拓扑性质的、还要绝缘的薄膜，开奖，而且我们不知道薄膜该多厚。我做一个形象的比喻，这个材料性质就好比要求一个人你要有短跑运动员的速度，像博尔特一样跑得那么快，同时你还要非常有力量，你还要有体操运动员的技巧，要想做到三不像，很难。我们的量子反常霍尔效应需要的材料就是这样，所以这是非常大的挑战。

　　还有其它挑战。为了做量子反常霍尔效应的测量，为了用宏观电子设备进行测量，需要在一厘米见方物体上，像指甲盖大小，在上面生长5纳米厚非常均匀的薄膜。这首先是个技术活，是个工匠活，这也很难。做一个比喻，相当于你要做一张A4纸，这个A4纸是200公里见方。我们把A4纸做得很均匀没问题，像计算机屏幕大没问题。如果你水平高，把A4纸做的像我们房间这么大，而且很均匀，没问题。再大就有问题了，像北京市这么大的面积的A4纸，在门头沟区和朝阳区的厚度完全是一样的，这就不容易了。用分子束外延我们做出了这个材料，这克服了一系列的挑战。

　　由于刚才一系列的挑战，我们花了四年多的时间，即使我们刚开始的起点非常高也花了四年的时间。这是量子反常霍尔效应电阻随着时间的变化。2010年到2011年，一年之内电阻几乎是零，样品全部是导电的。而我们要实现量子化电阻应该是h除以e一的平方，它对应的电阻值是25812欧姆.前面几年做出来的几乎是零，又花了半年多提高了几百欧姆，离我们两万多欧姆差的非常非常远。中间有很多的放弃，最后，功夫不负有心人，由于我们的坚持，在2012年10月12日那天转机出现了。那一天因为情绪不好，没有进展就早回家了。刚停下车，我学生的短信就来了，是10：35分。他说，薛老师，量子反常霍尔效应出来了，等待详细测量。我过去一个多月的郁闷一下子消失的一干二净，一晚上兴奋的没有睡着觉。当时他看到的图就是中间的这个数据。

　　大家看到，红线靠近屋顶，到了屋顶就是量子化。更重要的是，黑线欧姆电阻在这个点上同时下降了。以前两个都是一起上升，要不就是一起下降。这是最重要的量子反常霍尔效应的迹象，所以非常兴奋。当时测量的温度是1.5K，是王亚愚老师、我们的实验合作者实验仪器的最低工作温度。这时候，我找到以前在科学院物理所工作时的同事吕力老师，他有温度低到几十毫K的仪器。把我们的材料放这个仪器测量，二个月之后实现了量子化。这是诺贝尔奖评选委员会在整个文章中引用的最重要的一个相关实验数据我认为就是我们这张图。我当时比较有信心，知道最后那天会完成实验。我提前在机场买了瓶非常好的香槟酒。那天，所有实验完成后，我们团队所有成员一起照了个相。学生们虽然用的是纸杯子，但是装的是Dom Perignon——最好的香槟。