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我国科学家新成果:首在三维空间发现量子霍尔效应

原标题:《自然》杂志刊登我国科学家最新研究成果 首次在三维空间发现量子霍尔效应

今天(12月18日),英国《自然》杂志将刊登复旦大学物理学系修发贤课题组的最新研究成果《砷化镉中基于外尔轨道的量子霍尔效应》,这也是我国科学家首次在三维空间中发现量子霍尔效应。

早在130多年前,美国物理学家霍尔发现,对通电的导体加上垂直于电流方向的磁场,电子的运动轨迹将发生偏转,在导体的纵向方向产生电压,这个电磁现象就是“霍尔效应”。以往的实验证明,量子霍尔效应主要在二维或者准二维体系中发生。而修发贤课题组在拓扑半金属砷化镉纳米片中观测到了新型三维量子霍尔效应的直接证据。在三维体系中,材料上表面边缘的电子受到强磁场作用,会直接从内部隧穿到下表面,然后继续沿着回旋轨道运动,遇到材料边缘之后沿着侧壁返回到上表面。如此往复形成一个来回于两个表面之间的路径,从而形成导电通道,这是一种发生在三维空间的全新的量子霍尔效应。

复旦大学物理学系教授 修发贤:打个比方有一个房间有这个天花板有地面,那么整个组成一个三维的空间,那在这里边电子可以从天花板进行运动,然后穿越整个空间到达地面,从地面再进行运动,再回到天花板。这样就组成了一个电子的三维的量子化的回旋轨道。

量子霍尔效应是20世纪以来凝聚态物理领域最重要的科学发现之一。修发贤课题组的发现为未来三维空间量子化传输提供了新的思路和实验基础,在拓扑量子计算及低功耗电子器件方面有潜在应用价值。

复旦大学物理学系教授 修发贤:就是我们可以在自旋、光电探测方面可以做一些原型器件,比如说在一些红外探测,一些遥感这样的领域里边发挥它的作用。

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