基本介紹
- 中文名：量子霍爾效應
- 外文名：quantum Hall effect
- 學科：量子力學
- 基本解釋：量子力學版本的霍爾效應
簡介,重要意義,研究前景,參見,
簡介
整數量子霍爾效應被馬普所的德國物理學家馮·克利青發現。他因此獲得1985年諾貝爾物理學獎。分數量子霍爾效應被崔琦、霍斯特·施特默和亞瑟·戈薩德發現，前兩者因此與羅伯特·勞夫林分享1998年諾貝爾物理學獎。
整數量子霍爾效應最初在高磁場下的二維電子氣體中被觀測到；分數量子霍爾效應通常在遷移率更高的二維電子氣下才能被觀測到。
2018年12月18日，英國《自然》雜誌刊登復旦大學物理學系修發賢課題組的最新研究成果《砷化鎘中基於外爾軌道的量子霍爾效應》，這也是中國科學家首次在三維空間中發現量子霍爾效應。據修發賢教授介紹，該效應與傳統的二維量子霍爾不同，存在特殊的電子軌道，稱為外爾軌道，電子可以從上表面穿越到下表面，然後再回到上表面。打個比方，一個房間有天花板和地面，形成三維空間，電子可以從天花板穿越房間到達地面，然後從地面再回到天花板。據悉，美國物理學家霍爾發現對通電的導體加上垂直於電流方向的磁場，電子的運動軌跡將發生偏轉，在導體的縱向方向產生電壓，這個電磁效應稱為霍爾效應。量子霍爾效應是20世紀以來凝聚態物理領域最重要的科學發現之一，迄今已有四個諾貝爾獎與其直接相關。但一百多年來，科學家們對量子霍爾效應的研究仍停留於二維體系，從未涉足三維領域。在本次成果中，修發賢教授課題組在拓撲狄拉克半金屬砷化鎘材料里觀測到三維量子霍爾效應，通過實驗證明電子的隧穿過程，邁出從二維到三維的關鍵一步，開拓了全新的研究維度。這表明這次的新研究又向前進了一大步。
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。
研究前景
整數量子霍爾效應的機制已經基本清楚，而仍有一些科學家，如馮·克利青和紐約州立大學石溪分校的V·J·Goldman，還在做一些分數量子效應的研究。一些理論學家指出分數量子霍爾效應中的某些平台可以構成非阿貝爾態（Non-Abelian States），這可以成為搭建拓撲量子計算機的基礎。
