诺贝尔奖级

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蒇诺贝尔奖级

螄杨振宁评中国首次发现量子反常霍尔效应：诺贝尔奖级(1)

荿清华大学薛其坤院士发布量子反常霍尔效应实验成果。

罿 原标题：中国科学家首次在实验中发现量子反常霍尔效应

中新社北京4月10日电(记者马海燕)中国科学家首次在实验中发现量子反常霍尔效应引起国际物理学界巨大反响，著名物理学家、诺贝尔奖得主杨振宁10日称赞其是诺贝尔奖级的成绩。

薄 清华大学和中国科学院物理研究所10日在北京联合宣布：由清华大学教授、中国科学院院士薛其坤领衔，清华大学物理系和中科院物理研究所联合组成的实验团队最近取得重大科研突破，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。这一实验发现也证实了三年前中科院物理研究所与斯坦福大学理论团队的预言。

莀 杨振宁表示，这让他想起很多年前接到物理学家吴健雄的电话，第一次告诉他在实验室做出了宇称不守恒的实验，这个发现震惊了世界。今天薛其坤及其团队做出的实验成果，是从中国的实验室里第一次做出了诺贝尔奖级的物理学成绩，不仅是科学界的喜事，也是整个国家的喜事。

膇 杨振宁说，获诺贝尔奖的具体条件无法定义，但他相信99%在前沿物理学做研究的人都会同意这是一个诺贝尔奖级的成果。过去人们总认为中国人不擅于做实验，仿佛只会搞理论，其实中国已经有世界一流的实验室，加上中国人的勤奋和团队合作精神，是能够做出一流的实验的。

芆 美国科学家霍尔分别于1879年和1880年发现霍尔效应和反常霍尔效应。1980年，德国科学家冯·克利青发现整数量子霍尔效应，1982年，美国科学家崔琦和施特默发现分数量子霍尔效应，这两项成果分别于1985年和1998年获得诺贝尔物理学奖。

芅在过去4年间，薛其坤和他的团队测试了1000多个样本，克服重重障碍，才在极其严格的实验要求下完成这一实验。这项研究成果的长远意义在于将推动新一代低能耗晶体管和电子学器件的发展，可能加速推进信息技术革命进程。

蒂霍尔效应：诺贝尔奖的富矿

葿 霍尔效应是美国物理学家霍尔于1879年发现的一个物理效应。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。次年，霍尔又在磁性金属中发现了无需外部磁场的霍尔效应，称为反常霍尔效

袆应。

从那时起，霍尔效应就像一个富矿，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。

肅 1980年左右，德国科学家冯·克利青发现了整数量子霍尔效应，获得1985年诺贝尔物理奖。

艿 1982年，美籍华人物理学家崔琦和施特默等发现了分数量子霍尔效应，这个效应不久由另一位美国物理学家劳弗林给出理论解释，他们三人荣获1998年诺贝尔物理奖。

薈 最近一次与霍尔效应有关的诺贝尔奖是2010年的诺贝尔物理奖。2005年，英国科学家安德烈·海姆和康斯坦丁·诺沃肖洛夫成功地在实验中从石墨中分离出石墨烯，在常温下观察到量子霍尔效应。他们于2010年获诺奖。石墨烯这种“超薄的碳膜”厚度只有0.335纳米，是至今发现的厚度最薄和强度最高的材料。

膄 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。

蒁 2013年3月15日，《科学》杂志在线发文，宣布薛其坤院士领衔的团队在实验上首次发现量子反常霍尔效应，而这被认为有可能是量子霍尔效应家族的最后一个重要成员。（文/北青报记者雷嘉）

莁量子反常霍尔效应将为我们带来什么

螆 与量子霍尔效应相关的发现之所以屡获学术大奖，是因为霍尔效应在应用技术中特别重要。人类日常生活中常用的很多电子器件都来自霍尔效应，仅汽车上广泛应用的霍尔器件就包括：信号传感器、ABS系统中的速度传感器、汽车速度表和里程表、液体物理量检测器、各种用电负载的电流检测及工作状态诊断、发动机转速及曲轴角度传感器等。

薄 例如用在汽车开关电路上的功率霍尔电路，具有抑制电磁干扰的作用。因为汽车的自动化程度越高，微电子电路越多，就越怕电磁干扰。而汽车上有许多灯具和电器件在开关时会产生浪涌电流，使机械式开关触点产生电弧，产生较大的电磁干扰信号。采用功率霍尔开关电路就可以减小这些现象。

节 此次中国科学家发现的量子反常霍尔效应也具有极高的应用前景。量子霍尔效应的产生需要用到非常强的磁场，因此至今没有广泛应用于个人电脑和便携式计算机上--因为要产生所需的磁场不但价格昂贵，而且体积大概要有衣柜那么大。而反常霍尔效应与普通的霍尔效应在本质上完全不同，因为这里不存在外磁场对电子的洛伦兹力而产生的运动轨道偏转，反常霍尔电导是由于材料本身的自发磁化而产生的。

莂 如今中国科学家在实验上实现了零磁场中的量子霍尔效应，就有可能利用其无耗散的边缘态发展新一代的低能耗晶体管和电子学器件，从而解决电脑发热问题和摩尔定律的瓶颈问题。这些效应可能在未来电子器件中发挥特殊作用：无需高强磁场，就可以制备低能

蚅耗的高速电子器件，例如极低能耗的芯片，进而可能促成高容错的全拓扑量子计算机的诞生--这意味着个人电脑未来可能得以更新换代。（文/北青报记者雷嘉）

肈发现量子反常霍尔效应背后：材料凸一纳米都不行

芇 3月中旬，凝聚态物理学界发生了一件大事。由中国科学院物理研究所和清华大学科研人员组成的团队，在国际上首次实现了“量子反常霍尔效应”。

羂 这一成果在美国《科学》杂志上一经发表，立即引起了不小震动。从上世纪80年代开始，有关量子霍尔效应的研究已先后两次斩获诺贝尔奖，可这一家族中的“量子反常霍尔效应”却一直与全世界物理学家捉着迷藏，不肯露出庐山真面目。

腿 但鲜为人知的是，这篇寥寥数页的论文，不仅是科研人员多年心血的结晶，更已成为中国科学家协同创新的一个典范。

膇 令人着迷的量子世界

蚇 在肉眼看不到的微观世界，粒子有自己独特的一套“生活方式”，它们的行为难以用经典力学去解释，量子力学应运而生。

螂 实际上，量子霍尔效应就是粒子在低温条件下所发生的一种奇特现象。“普通状态的电子是杂乱无章的，它们无序运动，不断发生碰撞。”中科院物理所研究员、北京凝聚态物理国家实验室副主任戴希说，“而处于量子霍尔态的电子则好像置身在一条'高速公路'上，中间有隔离带，将两个方向的'车'流隔开。”

芁 也就是说，量子霍尔效应能解决电子碰撞发热的问题，因而在未来的量子计算、量子信息存储方面具有巨大的应用潜力，据此设计新一代大规模集成电路和元器件，将会具有极低的能耗。

蕿 尽管前景诱人，但普通的量子霍尔效应却有个麻烦的“拖油瓶”--它的实现需要一个庞大的外加磁场。1988年，美国物理学家霍尔丹提出可能存在一种不需外磁场的量子霍尔效应，也即量子反常霍尔效应。

肆 “外磁场的问题可以用铁磁性材料来解决，但这样一来，物理性质就完全变了，我们需要新的材料体系和物理途径。”戴希说。

蒃 可要到哪里找这种特殊材料呢？近几年“火”起来的拓扑绝缘体，给戴希等人提供了新的思路。

2009年，中科院物理所方忠、戴希，美国斯坦福大学教授张首晟等在《自然物理》发表的文章成功预言了Be2Se3等一类三维拓扑绝缘体材料并很快在实验上得以实现。紧接着，2010年，他们又在《科学》上发表了一篇文章，提出在这种拓扑绝缘体膜中掺入磁性离子，将可能实现量子反常霍尔效应。

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