物理学最新进展——量子反常霍尔效应

计算机芯片里电子的运动几乎可以看成是一个无规律的，从晶体管的电极一端到达另一端的时候，。“这就好比一辆高级跑车，常态下是在拥挤的农贸市场上前进，而在量子反常霍尔效应下，则可以在‘各行其道、互不干扰’的高速路上前进。”

但是量子霍尔效应一直没有实际应用，原因之一就是要实现霍尔效应需要加一个非常大的磁场，“一个小芯片为了低能耗的概念，需要外加一个比十个计算机还大的磁铁，显然从经济上没有意义。”而量子反常霍尔效应，就是在无磁场中实现的，将推动未来无能耗电子学的发展。

                    

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。

自1988年开始，就不断有理论物理学家提出各种方案，然而在实验上没有取得任何进展。2010年，我国理论物理学家方忠、戴希等与拓扑绝缘体领域的开创者之一张首晟教授合作，提出磁性掺杂的三维拓扑绝缘体有可能是实现量子化反常霍尔效应的最佳体系。这个方案引起了国际学术界的广泛关注。德国、美国、日本等有多个世界一流的研究组沿着这个思路在实验上寻找量子反常霍尔效应，但一直没有取得突破。

薛其坤团队经过近4年的研究，生长测量了1000多个样品。利用分子束外延方法，生长出了高质量的Cr掺杂（Bi，Sb）2Te3拓扑绝缘体磁性薄膜，并在极低温输运测量装置上成功观测到了量子反常霍尔效应。

量子反常霍尔效应可在未来解决摩尔定律瓶颈问题，它的发现或将带来下一次信息技术革命，我国科学家为国家争夺了这场信息革命中的战略制高点。

量子霍尔效应的相关研究已3获得诺尔贝奖

量子霍尔效应在凝聚态物理的研究中占据着极其重要的地位。它就像一个富矿，一代又一代科学家为之着迷和献身，他们的成就也多次获得诺贝尔物理奖。

1985年，诺贝尔物理奖颁给了德国科学家冯·克利青，他于1980年发现了整数量子霍尔效应。

1998年，诺贝尔物理奖颁给了美国科学家：美籍华人物理学家崔琦、施特默和劳弗林。前两人于1982年发现了分数量子霍尔效应，而后者则对这一效应进一步给出了理论解释。

2010年，诺贝尔物理奖颁给了英国科学家安德烈·海姆和康斯坦丁·诺沃肖洛夫。他们俩在2005年发现了石墨烯中的半整数量子霍尔效应。

此外，量子化自旋霍尔效应于2007年被发现，2010年获得欧洲物理奖，2012年获得美国物理学会巴克利奖。

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(2017-01-24 20:48:28)