量子霍爾

清華大學和中國科學院物理研究所昨日在北京聯合宣布，由清華大學薛其坤院士領銜的科研團隊首次在實驗中發現量子反常霍爾效應，攻克世界難題。業內人士認為，這是世界基礎科學領域的重大發現，將對信息技術進步產生重大影響，著名物理學家、諾貝爾獎得主楊振寧稱讚其是諾貝爾級的成績。

相關領域關鍵字

凝聚態

量子自旋霍爾效應

量子反常霍爾效應

朗道能級

拓撲絕緣體

高溫超導

等

研究歷史

K. Von Klitzing，G. Dorda，M. Pepper於1979年發現，霍爾常數（強磁場中，縱向電壓和橫向電流的比值）是量子化的，RH=V/I=h/νe2，ν=1，2，3，……。這種效應稱為整數量子霍爾效應。進而,AT&T的D. Tsui、H. Stormer和A.Gossard發現，隨著磁場增強，在v=1/3,1/5,1/7…等處，霍爾常數出現了新的台階。這種現象稱為分數量子霍爾效應。

R. Laughlin 給出了解釋，他認為，由於極少量雜質的出現，整數v個朗道能級被占據，這導致電場與電子密度的比值B/ρ為h/ev，從而導致霍爾常數出現台階。他還指出，由於在那些分數占有數處，電子形成了一種新的穩定流體，正是這些電子中的排斥作用導致了分數量子霍爾效應。

重要意義

整數量子霍爾效應：量子化電導被觀測到，為彈道輸運（ballistic transport）這一重要概念提供了實驗支持。

分數量子霍爾效應：勞夫林與J·K·珍解釋了它的起源。兩人的工作揭示了渦旋（vortex）和準粒子（quasi-particle）在凝聚態物理學中的重要性。