我国科学家发现量子反常霍尔效应

清华大学薛其坤院士领衔的科研团队获凝聚态物理领域重大突破

　　本报北京4月10日讯（记者 唐景莉）历时近4年，20多名学生参与，尝试了1000多个样品，终于解决微电子学、集成电路发展的一个瓶颈。清华大学和中科院物理所今天在北京联合宣布，他们组成的团队从实验上首次观测到量子反常霍尔效应。这一重大科技发现，是凝聚态物理领域的重大突破，将可能加速推进信息技术革命，在未来研制出极低能耗的电子器件。

　　据了解，量子霍尔效应是整个物理领域，尤其是凝聚态物理领域当中最重要和最基本的量子效应之一，只要是物理方面的研究人员，都会涉及的物理现象。从上世纪80年代开始，德国、美国科学家相继发现了整数量量子效应和非数量霍尔效应，他们都获得了诺贝尔物理学奖。

　　从2009年起，由薛其坤院士带领的清华大学物理系王亚愚、陈曦、贾金锋和中科院物理所马旭村、何珂、王立莉、吕力组成的联合实验团队，与方忠、戴希、张首晟等理论物理学家合作，开始向量子反常霍尔效应的实验实现发起冲击。在过去近4年的时间里，团队生长和测量了超过1000个样品，克服了重重障碍，终于在磁性掺杂的拓扑绝缘体薄膜中，从实验上首次观测到量子反常霍尔效应。

　　“这一成果的获得，是我国科学家长期积累、协同创新、集体攻关的一个成功典范。”实验团队的领衔科学家、中国科学院院士、清华大学教授薛其坤介绍，这一成果于北京时间3月15日在美国《科学》（Science）杂志在线发表，清华大学物理系博士生常翠祖、张金松、冯硝和中科院物理所博士生沈洁为文章的共同第一作者。

　　诺贝尔物理奖获得者、清华大学高等研究院名誉院长杨振宁教授在接受记者采访时表示，这一重大科技发现是中国实验室里所发表的“诺贝尔物理奖级别的论文”。

　　斯坦福大学教授、清华大学“千人计划”教授、拓扑绝缘体领域开创者之一的张首晟教授说：“养兵千日，用兵一时。中国装备精良的实验室，加上极其勤奋、善于合作的团队，终于让这一理论上的预言变成伟大的现实。在信息技术革命中，中国科学家为争夺战略制高点做出了贡献。可以说，敏锐的远见和精诚的合作，是自主创新的根本。”

　　名词解释

霍尔效应

　　130多年前，美国物理学家霍尔先后发现了霍尔效应和反常霍尔效应。在一个通有电流的导体中，如果施加一个垂直于电流方向的磁场，由于洛伦兹力的作用，电子的运动轨迹将产生偏转，从而在垂直于电流和磁场方向的导体两端产生电压，这个电磁输运现象就是著名的霍尔效应。而不加外磁场也可以观测到霍尔效应，这种零磁场中的霍尔效应就是霍尔反常效应。

　　新闻背景

量子霍尔效应研究已三获诺贝尔奖

　　在凝聚态物理的研究中，量子霍尔效应占据着极其重要的地位，此前在这方面的重要工作包括——

　　□整数量子霍尔效应（1980年发现，1985年诺贝尔物理奖）；

　　□分数量子霍尔效应（1982年发现，1998年诺贝尔物理奖）；

　　□石墨烯中的半整数量子霍尔效应（2005年发现，2010年诺贝尔物理奖）；

　　□量子化自旋霍尔效应（2007年发现，2010年欧洲物理奖，2012年美国物理学会巴克利奖）。

　　量子反常霍尔效应是在此领域的又一个重大进展，有可能是量子霍尔效应家族的最后一个重要成员。

成果应用前景广阔

　　在当今信息社会，半导体技术飞速发展，但电脑运行中热量如何散发成为困扰半导体和信息产业发展的一个瓶颈问题。而量子反常霍尔效应的发现将有望解决这一难题。因为这一效应可能在未来电子器件中发挥特殊作用，可用于制备低能耗的高速电子器件。科学家可使电子在不需要强磁场的情况下，按照固定轨迹运动，减少电子无规则碰撞导致的发热和能量损耗。通过密度集成，将来计算机的体积也将大大缩小，千亿次的超级计算机有望做成现在的iPad那么大。因此，这一科研成果的应用前景十分广阔。（资料来源：清华大学、中国科技网）