什麼是反常量子霍爾效應?霍爾效應是美國物理學家霍爾于1879年發現的一個物理效應，當電流通過一個位于磁場中的導體的時候，磁場會對導體中的電子産生一個垂直于電子運動方向上的作用力，從而在導體的兩端産生電勢差，這個電勢差也被稱為霍爾電勢差，今天小編就來說說關于什麼是反常量子霍爾效應?下面更多詳細答案一起來看看吧!

什麼是反常量子霍爾效應

霍爾效應是美國物理學家霍爾于1879年發現的一個物理效應，當電流通過一個位于磁場中的導體的時候，磁場會對導體中的電子産生一個垂直于電子運動方向上的作用力，從而在導體的兩端産生電勢差，這個電勢差也被稱為霍爾電勢差。

在極低溫度條件下，霍爾電勢差呈現量子化，被稱為量子霍爾效應。量子霍爾效應是霍爾效應的量子力學版本，是一種典型的宏觀量子效應，是微觀電子世界的量子行為在宏觀尺度上的一個完美體現，是整個凝聚态物理領域最重要、最基本的量子效應之一。自1980年，德國科學家Klaus von Klitzing發現了“整數量子霍爾效應”，并于1985年獲得諾貝爾物理學獎，至今已有4次諾貝爾物理學獎與量子霍爾效應直接相關。

量子反常霍爾效應是指在不需要外加磁場的情況下實現量子化的反常霍爾效應。量子反常霍爾效應是一個全新的量子效應，被認為是繼整數和分數量子霍爾效應之後，量子霍爾效應家族中的最後一個重要成員。而且由于其來源于材料的自發磁化而不需要外加磁場，因此在低能耗電子器件的應用方面顯得尤為方便。從理論研究和實驗上實現量子反常霍爾效應，是多年來國内外凝聚态物理學家追求的目标和競争的前沿。

我國科學家在這一研究中取得驕人成績。2008年清華大學劉朝星等，以及2010年中科院物理所方忠和戴希等，分别與斯坦福大學張首晟教授一起，先後提出了磁性摻雜的拓撲絕緣體是實現量子反常霍爾效應的最佳材料體系的理論方案。2012年，在清華大學薛其坤院士的帶領下，清華大學物理系、中科院物理所和斯坦福大學的研究人員聯合組成的團隊，首次在Cr摻雜（Bi，Sb）2Te3拓撲絕緣體磁性薄膜上實驗發現了量子反常霍爾效應。

量子反常霍爾效應的最終實驗發現引起了國際學術界的廣泛關注和高度評價。《科學》雜志審稿人稱之為“凝聚态物理界的一項裡程碑式的工作”。諾貝爾獎獲得者楊振甯教授認為這是一項諾貝爾獎級物理學成果。該研究成果獲2018年國家自然科學獎一等獎。

另一方面，過去量子霍爾效應的觀測限于二維體系，三維電子體系中量子霍爾效應雖然已提出三十多年，但由于沿磁場方向電子的運動不受限制，一直未能在實驗中實現。

近幾年我國科學家在三維量子霍爾效應研究上連續取得重大突破。2018年底，複旦大學物理學系修發賢教授課題組在拓撲狄拉克半金屬砷化镉材料裡觀測到三維量子霍爾效應，通過實驗證明電子的隧穿過程，邁出從二維到三維的關鍵一步，開拓了全新的研究維度。2019年初，南方科技大學張立源研究組與中國科學技術大學喬振華研究組及合作者，基于高品質五碲化锆塊體單晶，實驗觀測到長久以來認為無法實現的“三維量子霍爾效應”。與傳統量子霍爾效應的一維邊緣态不同，此次發現的邊緣态延拓到了二維。這種嶄新的二維邊緣态呈現出獨特的性質——同時具備拓撲保護和關聯作用，并衍生出更豐富的拓撲物态與誘人的研究前景。

更多精彩资讯请关注tft每日頭條，我们将持续为您更新最新资讯!