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。邓肯·霍尔丹于1973年获得剑桥大学自然科学学士学位；1977年至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；1981年至1985年担任南加州大学物理学助理教授；1985年至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年至1990年担任加利福尼亚大学圣地亚哥分校物理学教授；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年获得诺贝尔物理学奖。邓肯·霍尔丹致力于凝聚态物理的研究。

中文名：邓肯·霍尔丹

外文名：Frederick Duncan Michael Haldane

国籍：美国

出生地：英国伦敦

出生日期：1951年9月14日

毕业院校：剑桥大学

职业：教育科研工作者

主要成就：1986年当选为美国物理学会会士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2001年当选为美国科学促进会会士2016年获得诺贝尔物理学奖

学历：研究生

学位：博士

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。

科研成就

科研综述

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。

学术论文

发表年份

论文标题

期刊/预印本

1988年

Quantum Hall effect without Landau levels: a condensed-matter realization of the parity anomaly

物理评论快报（Physical Review Letters）

2008年

Entanglement spectrum as a generalization of entanglement entropy: identification of topological order in fractional quantum Hall states

物理评论快报（Physical Review Letters）

2008年

Possible realization of unidirectional waveguides in photonic crystals with broken time-reversal symmetry

物理评论快报（Physical Review Letters）

2009年

Clustering properties and model wavefunctions for non-Abelian fractional quantum Hall quasielectrons

物理评论快报（Physical Review Letters）

2011年

Geometric description of the fractional quantum Hall effect

arXiv预印本（arXiv:1106.3375）

参考资料：

人才培养

培养成果

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

获奖时间

荣誉表彰

授予单位

1984年—1988年

阿尔弗雷德·P·斯隆基金会研究员奖

阿尔弗雷德·P·斯隆基金会

1986年

美国物理学会会士

美国物理学会

1992年

美国艺术与科学院院士

美国艺术与科学院

1993年

奥利弗·E·巴克利奖

美国物理学会

1996年

英国皇家学会院士

英国皇家学会

1996年

英国物理学会会士

英国物理学会

2001年

美国科学促进会会士

美国科学促进会

2008年

洛伦兹讲座教授

洛伦兹研究所

2012年

狄拉克奖章

阿卜杜斯·萨拉姆国际理论物理中心

2015年

塞尔吉-蓬图瓦兹大学荣誉博士

塞尔吉-蓬图瓦兹大学

2016年

诺贝尔物理学奖

瑞典皇家科学院

2017年

斯洛文尼亚-美国教育基金会终身成就奖

斯洛文尼亚-美国教育基金会

参考资料：

邓肯·霍尔丹是圆周理论物理研究所杰出访问研究主席。

家世背景

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。

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）