2000 年的那个暑假，我跟随首晟访问了清华大学杨振宁先生的高等研究中心。那时候，首晟在中心的学术报告和我的研究都是关于SO(5)高温超导理论。可是就是在清华这段时间，首晟跟我聊了他的关于SO(5)对称性的一个新想法：传统的二维量子霍尔效应，如果在中心有Dirac 磁单极子的Haldane 球面上考虑，满足的是SO(3)对称性；如果推广到四维空间的量子霍尔效应，在中心有非阿贝尔的杨—磁单极子的五维空间球面上考虑，满足的是SO(5)对称性。我不知道他这个天才的想法是不是跟来到杨振宁先生的中心想到杨—磁单极子有关。回美国后，我就去加州大学圣巴巴拉分校的理论物理中心呆了半年，等到我回到斯坦福的时候，首晟已经基本上将这个问题研究清楚，我帮忙补充了数学的推导和模型边界态的分类后，首晟就以相对论可以从一个非相对论量子模型边界态演化出来的角度写了文章。这篇文章还让首晟登上了纽约时报科学栏目的专题报道。

 张首晟与作者的四维量子霍尔效应文章第一稿(左)；张首晟教授相关手稿(右)

在这里，我用这么拗口的学术语言将这段历史叙述出来，目的就是想分享一个事实，首晟正是基于上述工作开始了他科研生涯的第三次转变。他在这个时候已经对那些后来成为拓扑绝缘体理论基础的基本要素讲得一清二楚。文章发表后没几天，首晟在一次讨论中用三句话表达了对文章里模型内在物理的基本看法和应该努力的方向：(1)和二维量子霍尔效应最大的不同，这个模型是时间反演不变的，边界流是自旋流；(2)本质上模型需要的就是自旋轨道耦合相互作用；(3)过去自旋轨道耦合相互作用在凝聚态物理中没有被认真地重视研究。他甚至当时就清楚地描述了，在自旋轨道耦合作用下量子自旋霍尔效应螺旋边界态的图像。这项工作让首晟的研究全面转向自旋轨道耦合的物理系统，导致了拓扑绝缘体理论和材料的发现。回顾这段科研往事，我还是被他这种科研方向的卓越洞察力和决断力深深地震撼。

对首晟来说，他后来拓扑绝缘体的工作的确只是这项工作的延伸而已， 这在他与合作者的综述文章里有着非常清楚的论述。从我的角度来看， 他的许多认知的确比Kane-Mele 经典理论文章的出现早了好几年。我曾经被人问过：既然首晟对量子自旋霍尔效应有这么清晰的图像，为什么当时不立刻直接去构造一个像Kane-Mele 模型一样的模型？我个人的回答是首晟，和我们许多人一样，都对能带的理论缺乏重视。作为固体物理基础的能带论，已经在很多人的头脑里固化，这一点其实是大家思维的共同盲点，也是Haldane 模型这么多年没受重视的原因。Haldane 模型的本质就是能带里可以出现非平庸的拓扑结构，我不知道首晟当时知不知道Haldane 的这个工作，即使知道，可能这一点也没给他留下很深的印象。其实，Haldane 本人都没有意识到自己工作的重要性。几年前，和首晟的一次交流中，他也曾经感慨的说，能带论也是一个伟大的理论。我想他应是基于这个盲点发出的感叹。

张首晟教授2018 年7 月在国科大Kavli理论科学中心作报告

这个盲点的根源就是像半导体物理这样成熟的学科早已从凝聚态物理中剥离。但首晟随后用他的物理直觉立即开始转回去考虑半导体中自旋轨道耦合的影响。他之后的工作都在这个方面，他经过近两年的研究将这块补上。我记得2004 年上半年，Bernevig 有次在电话里告诉我，他和首晟正在考虑一个在半导体能带里非常有意思的模型，或可实现量子自旋霍尔效应，问我有没有兴趣一起做。当时我正忙于找教职，便没有参与，我感觉那时他们已经非常接近发现拓扑绝缘体的突破口。从这个时间点看，首晟和Kane 的确是拓扑绝缘体理论最早独立的提出者。 (责任编辑：管理员)