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今天(12月18日)，英國(guó)《自然》雜志將刊登復(fù)旦大學(xué)物理學(xué)系修發(fā)賢課題組的最新研究成果《砷化鎘中基于外爾軌道的量子霍爾效應(yīng)》，這也是我國(guó)科學(xué)家首次在三維空間中發(fā)現(xiàn)量子霍爾效應(yīng)。

早在130多年前，美國(guó)物理學(xué)家霍爾發(fā)現(xiàn)，對(duì)通電的導(dǎo)體加上垂直于電流方向的磁場(chǎng)，電子的運(yùn)動(dòng)軌跡將發(fā)生偏轉(zhuǎn)，在導(dǎo)體的縱向方向產(chǎn)生電壓，這個(gè)電磁現(xiàn)象就是"霍爾效應(yīng)"。以往的實(shí)驗(yàn)證明，量子霍爾效應(yīng)主要在二維或者準(zhǔn)二維體系中發(fā)生。而修發(fā)賢課題組在拓?fù)浒虢饘偕榛k納米片中觀測(cè)到了新型三維量子霍爾效應(yīng)的直接證據(jù)。在三維體系中，材料上表面邊緣的電子受到強(qiáng)磁場(chǎng)作用，會(huì)直接從內(nèi)部隧穿到下表面，然后繼續(xù)沿著回旋軌道運(yùn)動(dòng)，遇到材料邊緣之后沿著側(cè)壁返回到上表面。如此往復(fù)形成一個(gè)來(lái)回于兩個(gè)表面之間的路徑，從而形成導(dǎo)電通道，這是一種發(fā)生在三維空間的全新的量子霍爾效應(yīng)。

復(fù)旦大學(xué)物理學(xué)系教授 修發(fā)賢:打個(gè)比方有一個(gè)房間有這個(gè)天花板有地面，那么整個(gè)組成一個(gè)三維的空間，那在這里邊電子可以從天花板進(jìn)行運(yùn)動(dòng)，然后穿越整個(gè)空間到達(dá)地面，從地面再進(jìn)行運(yùn)動(dòng)，再回到天花板。這樣就組成了一個(gè)電子的三維的量子化的回旋軌道。

量子霍爾效應(yīng)是20世紀(jì)以來(lái)凝聚態(tài)物理領(lǐng)域最重要的科學(xué)發(fā)現(xiàn)之一。修發(fā)賢課題組的發(fā)現(xiàn)為未來(lái)三維空間量子化傳輸提供了新的思路和實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)，在拓?fù)淞孔佑?jì)算及低功耗電子器件方面有潛在應(yīng)用價(jià)值。

復(fù)旦大學(xué)物理學(xué)系教授 修發(fā)賢:就是我們可以在自旋、光電探測(cè)方面可以做一些原型器件，比如說(shuō)在一些紅外探測(cè)，一些遙感這樣的領(lǐng)域里邊發(fā)揮它的作用。