初到清华的那一年，张首晟再次获得瞩目成就，在新型材料的研究上得到了亮眼突破，而后张首晟还亲自带领中科院物理所和清华大学与上海交通大学等单位，一同致力于研究拓绝缘体领域，并且取得了不少可喜的成绩，为此张首晟还被授予了国家科学技术的专项奖励。 值得一提的是，单单凭借拓扑绝缘体这领域的杰出成就，张首晟几乎包揽物理学领域的各大奖项，2013年的基础物理学奖颁奖盛典在瑞士举办，这个奖项一直被誉为科学圈的艾斯卡将，评委会最终将基础物理学特别奖项颁发给霍金，而将前沿奖授予了张首晟和他的同事。

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