薛其坤院士解释量子反常霍尔效应

薛其坤

据中国之声新闻频道报道，昨天(4月10日)，清华大学召开新闻发布会，宣布由清华大学薛其昆院士率领的中国团队首次在实验中发现了量子反常霍尔效应。该结果发表在3月15日的《科学》杂志上，杨振宁教授称之为诺贝尔物理学奖级论文。

杨振宁:我认为这是中国实验室首次发表诺贝尔物理学奖级别的论文。这不仅是清华大学科学院的一件喜事，也是全国发展的一件喜事。

昨天，诺贝尔物理学奖获得者、清华大学高级研究院名誉院长杨振宁教授对这一重要发现给予了高度评价。什么是量子反常霍尔效应？领导该研究小组的薛其昆院士解释说:

薛奇坤:让我们用一个形象的比喻。电子在计算机芯片中的运动几乎可以被认为是不规则的。当电子从晶体管电极的一端到达另一端时，就像从农贸市场的一端到达另一端一样，电子被比作成年人。如果他们在运动过程中遇到许多障碍，他们总是要走弯路，这会引起发烧，而且效率不高。这是目前晶体管热的重要原因之一。量子霍尔的电子通常被这种效应所定义。与像公路上的汽车一样非常混乱的农贸市场运动不同，它遵循规则。

薛启昆院士解释说，目前，普通量子霍尔效应的产生还不能广泛应用，因为它需要很强的磁场，非常昂贵和困难。

薛奇坤:量子霍尔效应占据的磁场是地球地磁场的10万倍甚至数百万倍。产生这样的磁场需要一个非常大的设备，一般来说，它和冰箱一样大，而计算机的芯片非常小。显然，量子霍尔效应很难应用。

然而，量子反常霍尔效应的优点是不需要任何外部磁场。因此，这一研究成果将推动新一代低能晶体管和电子器件的发展，并可能加速信息技术革命的进程。

联系中国科学院理论物理研究所研究员李淼；

霍尔是美国物理学家的名字，霍尔效应，量子霍尔效应和量子反常霍尔效应。这三个概念之间有什么关系？

李淼:1879年，美国物理学家霍尔发现了矩形导体的一种效应。当电流沿长度方向流动时，如果在导体的垂直方向发现磁场，将在宽度方向产生新的电流和电压。这就是霍尔效应。因为霍尔效应在运动和磁场中都有感应，所以它可以用作一种装置，例如，测量磁场，也可以测量运动事故，并且可以产生新的装置，例如开关和汽车。

量子反常霍尔效应的概念是什么？

李淼:霍尔很快获得了诺贝尔物理学奖。霍尔效应在宽度方向上的电压或传导是整数倍。正如薛奇坤解释的那样，这种效应需要非常非常强的磁场。两年后，另一个分数量子霍尔效应被发现。分数量子霍尔效应不是整数倍，而是分数倍。霍尔效应也获得了诺贝尔奖。崔琦教授参与了这一发现。20世纪80年代末，普林斯顿的一位物理学家说，不需要磁场或量子霍尔效应。当然，不需要磁场，这被称为异常霍尔效应。

三四年前，包括中国物理学家张首晟教授在内的科学家从理论上预言了一种所谓的拓扑绝缘体。然而，不管拓扑绝缘体是什么，反正它是一种新材料。从那以后，这一发现引起了轩然大波。张首晟和其他人也赢得了许多奖项。这种材料被铁磁性材料阻挡。如果这两种材料混合在一起，就会发生反常的量子霍尔效应。不需要磁场和量子霍尔。

霍尔事件是基于霍尔效应的事件，可用于汽车，如传感器和传感器。反常量子霍尔效应因为它不需要磁场，所以它可以使器件非常小，这样它就可以用在我们日常生活中的手机和电脑上。如果将来物质温度上升到日温度以下，就有可能建造一个非常高速的电网，这就是量子电网。

计算机速度会大大提高吗？

李苗:是的，真的没有办法和现在相比。这是一个非常非常快的电网，我们简直无法想象。(原标题:中国科学家观察到的量子反常霍尔效应诺贝尔级成就)