中國(guó)首次發(fā)現(xiàn)量子反常霍爾效應(yīng)
物理科研突破 助降計(jì)算機(jī)能耗
來(lái)源：大公報(bào) 2013-3-16
由清華大學(xué)薛其坤院士領(lǐng)銜，清華大學(xué)、中科院物理所和史丹福大學(xué)研究人員聯(lián)合組成的團(tuán)隊(duì)在量子反常霍爾效應(yīng)研究中取得重大突破，他們從實(shí)驗(yàn)中首次觀測(cè)到量子反常霍爾效應(yīng)，這是中國(guó)科學(xué)家從實(shí)驗(yàn)中獨(dú)立觀測(cè)到的一個(gè)重要物理現(xiàn)象，也是物理學(xué)領(lǐng)域基礎(chǔ)研究的一項(xiàng)重要科學(xué)發(fā)現(xiàn)。
該成果于北京時(shí)間3月15日凌晨在美國(guó)《科學(xué)》雜志在線發(fā)表。
據(jù)介紹，美國(guó)科學(xué)家霍爾分別于1879年和1880年發(fā)現(xiàn)霍爾效應(yīng)和反常霍爾效應(yīng)。在一個(gè)通有電流的導(dǎo)體中，如果施加一個(gè)垂直于電流方向的磁場(chǎng)，由于洛蘭茲力的作用，電子的運(yùn)動(dòng)軌跡將產(chǎn)生偏轉(zhuǎn)，從而在垂直于電流和磁場(chǎng)方向的導(dǎo)體兩端產(chǎn)生電壓，這個(gè)電磁輸運(yùn)現(xiàn)象就是著名的霍爾效應(yīng)。而在磁性材料中不加外磁場(chǎng)也可以觀測(cè)到霍爾效應(yīng)，這種零磁場(chǎng)中的霍爾效應(yīng)就是反常霍爾效應(yīng)。反常霍爾電導(dǎo)是由于材料本身的自發(fā)磁化而產(chǎn)生的，因此是一類新的重要物理效應(yīng)。
量子霍爾效應(yīng)之所以如此重要，一方面是由于它們體現(xiàn)了二維電子系統(tǒng)在低溫強(qiáng)磁場(chǎng)的極端條件下的奇妙量子行為，另一方面這些效應(yīng)可能在未來(lái)電子器件中發(fā)揮特殊的作用，可用于制備低能耗的高速電子器件。
或有機(jī)會(huì)問(wèn)鼎諾獎(jiǎng)
例如，如果把量子霍爾效應(yīng)引入計(jì)算器芯片，將會(huì)克服計(jì)算機(jī)的發(fā)熱和能量耗散問(wèn)題。然而由于量子霍爾效應(yīng)的產(chǎn)生需要非常強(qiáng)的磁場(chǎng)，因此至今為止它還沒(méi)有特別大的實(shí)用價(jià)值，因?yàn)橐a(chǎn)生所需的磁場(chǎng)不但價(jià)格昂貴，而且其體積龐大（衣柜大小），也不適合于個(gè)人計(jì)算機(jī)和便攜式計(jì)算器；而量子反常霍爾效應(yīng)的美妙之處是不需要任何外加磁場(chǎng)，因此，這項(xiàng)研究成果將會(huì)推動(dòng)新一代的低能耗晶體管和電子學(xué)器件的發(fā)展，可能加速推進(jìn)信息技術(shù)進(jìn)步的進(jìn)程。
據(jù)了解，1980年，德國(guó)科學(xué)家馮．克利青發(fā)現(xiàn)整數(shù)量子霍爾效應(yīng)，1982年，美籍華裔學(xué)家崔琦和美國(guó)科學(xué)家施特默發(fā)現(xiàn)分?jǐn)?shù)量子霍爾效應(yīng)，這兩項(xiàng)成果分別于1985年和1998年獲得諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)。
