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美國國籍，物理學(xué)家。1963年2月生于上海。1987年獲得美國石溪大學(xué)博士學(xué)位。2011年當選為美國藝術(shù)與科學(xué)院院士。 

半個(gè)世紀以來(lái)，摩爾定律見(jiàn)證了人類(lèi)信息技術(shù)發(fā)展的歷程，但由于半導體技術(shù)逐漸逼近硅工藝尺寸的極限，能耗與散熱等已成為進(jìn)一步發(fā)展的制約因素。2006年，張首晟領(lǐng)導的研究團隊針對這一重大技術(shù)問(wèn)題提出了基于電子自旋的“量子自旋霍爾效應”。量子自旋霍爾效應是關(guān)于電子運動(dòng)的一個(gè)新規律，即電子自轉方向與電流方向之間的規律。利用該規律可使電子有序地運動(dòng)，從而大大降低能量耗散，并有可能研制出新的工作原理的計算機芯片，從而促進(jìn)信息技術(shù)的進(jìn)步。在此基礎上，張首晟發(fā)展了能夠實(shí)現這種新運動(dòng)規律的一類(lèi)新奇量子材料－拓撲絕緣體，是這個(gè)領(lǐng)域的開(kāi)創(chuàng )者之一。

張首晟積極參與祖國教育與科研事業(yè)，20多年來(lái)與國內高校及科研院所一直保持著(zhù)非常密切的合作。在推動(dòng)國內基礎研究、人才培養和學(xué)術(shù)交流等諸多方面發(fā)揮了重大作用。在他的直接帶領(lǐng)與推動(dòng)下，中科院物理所、清華大學(xué)、上海交通大學(xué)等單位很早就開(kāi)始了拓撲絕緣體研究，這使得中國一直是該領(lǐng)域國際上的研究中心之一。2009年，他與中科院物理所方忠等合作，預言了三種拓撲絕緣體材料（Bi2Se3、Bi2Te3 和Sb2Te3），這是材料物理領(lǐng)域的一個(gè)重大進(jìn)展。他與清華大學(xué)薛其坤等開(kāi)展了理論與實(shí)驗的緊密合作，制備出高質(zhì)量的材料，在拓撲絕緣體基本性質(zhì)研究方面取得了一系列開(kāi)創(chuàng )性成果，并于2013年在反常霍爾效應被發(fā)現130多年后發(fā)現量子反常霍爾效應，這是國際物理學(xué)界最近的重大科學(xué)突破之一。因他在拓撲絕緣體領(lǐng)域的杰出貢獻和對中國該領(lǐng)域發(fā)展起到的奠基作用，他于2011年獲得中國“求是”杰出科學(xué)家獎。他與國內合作論文有30多篇， 包括Science (4篇)、Nat. Phys. (2篇)和PRL (4篇)。自從2009年以B類(lèi)“千人計劃”學(xué)者加入清華大學(xué)以后，他用每年至少三個(gè)月的時(shí)間投入清華大學(xué)的人才培養和科學(xué)研究。他不但親自指導本科生、研究生的科研，還開(kāi)辦各種強化課和講座，全方位參與學(xué)校發(fā)展，為我國培養了一批優(yōu)秀青年人才。