諾獎級成果帶來什么
來源：浙江日報(bào) 2013-4-17 文敏
中國科學(xué)家最新諾貝爾級科研成果量子反常霍爾效應(yīng)（Anomalous Quantum Hall Effect）讓眾媒體與讀者們著實(shí)犯了一把迷糊。這其中每一個(gè)單詞都涉及數(shù)個(gè)尖端物理理念：量子、霍爾效應(yīng)、反常（或稱異常），延伸開去的基本概念涉及：凝聚態(tài)、自旋、洛倫茲力……
好吧，我們也并不想鉆進(jìn)量子世界無法自拔，但我們真的很想知道這項(xiàng)科研成果為什么被稱作是“諾貝爾”級別的？與你我這樣的普通人有什么關(guān)系？為什么美國普林斯頓大學(xué)物理教授們這段時(shí)間大談特談的都是這個(gè)話題？
什么是量子反常霍爾效應(yīng)？領(lǐng)銜這次研究的薛其坤院士解釋道：用一個(gè)形象的比喻，計(jì)算機(jī)芯片里的電子運(yùn)動幾乎無規(guī)律，將其比喻成人的話，就意味著運(yùn)動過程經(jīng)常呈現(xiàn)出無序和走彎路，接著就會發(fā)熱，效率緩慢，這也是目前晶體管發(fā)熱的一個(gè)重要原因之一。這一效應(yīng)則制定了一個(gè)規(guī)則，讓電子就像高速公路的汽車一樣，按照規(guī)則前行。
目前，普通量子霍爾效應(yīng)的產(chǎn)生無法被廣泛應(yīng)用，因?yàn)樗枰浅?qiáng)的磁場，這樣的磁場只有在實(shí)驗(yàn)室里才能達(dá)到。但量子反常霍爾效應(yīng)的好處在于不需要任何外加磁場，因此這項(xiàng)研究成果將推動新一代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)革命進(jìn)程。
清華大學(xué)教授張首晟說，現(xiàn)代芯片處理器所消耗的100瓦功率中，有約20%被浪費(fèi)在晶體管材料中。清華大學(xué)研究團(tuán)隊(duì)的專家說，量子反常霍爾效應(yīng)在未來的電子器件中應(yīng)用將會非常廣泛，首先電子設(shè)備不會發(fā)熱，另外電子設(shè)備的元器件集成密度將大大提高，“擁有上千億次計(jì)算能力的計(jì)算機(jī)將濃縮成一部掌上電腦，走進(jìn)尋常百姓家”。
那為什么說它是“諾貝爾”級的發(fā)明？1879年，美國物理學(xué)家霍爾在長方形導(dǎo)體上發(fā)現(xiàn)了這一效應(yīng)。因?yàn)榛魻栃?yīng)在運(yùn)動和磁場都有感應(yīng)，所以可以用來做器件，比如說可以測量磁場，也可以測量運(yùn)動事故，可以產(chǎn)生新的器件，像開關(guān)，汽車上面都可應(yīng)用。霍爾很快憑此獲得了諾貝爾物理學(xué)獎，過了兩年，他又發(fā)現(xiàn)了一個(gè)分?jǐn)?shù)量子霍爾效應(yīng)，也獲得了諾貝爾物理獎。這樣，量子霍爾效應(yīng)家族里就只剩下反常量子霍爾效應(yīng)未被證實(shí)了。
幾年前，包括華人物理學(xué)家張首晟教授在內(nèi)的科學(xué)家在理論上預(yù)言了拓?fù)浣^緣體的存在，它是一種具有奇異量子特性的新物質(zhì)狀態(tài)，它完全不同于傳統(tǒng)意義上的“金屬”和“絕緣體”， 是一種內(nèi)部絕緣，界面允許電荷移動的材料，它的出現(xiàn)引起很大轟動，因?yàn)檫@種材料的出現(xiàn)，意味著不需要磁場也會有量子霍爾效應(yīng)了。
