【要闻】中国科大科学家首次实验验证三维量子霍尔效应

合肥在线新闻5月14日报道，记者荚妤从中国科大获悉，该校重磅成果再次“自然”亮相，首次通过实验验证了三维量子霍尔效应。 霍尔效应是电磁力规则的描述，是二极管发明的前提，也是半导体工业快速发展的重要基础。

霍尔效应表示向金属和半导体施加磁场时的电力和磁力的相关关系。 1879年发现的霍尔效应这一基础理论，对半导体领域意义重大，因为它是二极管被发明的重要前提。 1980年，德国科学家冯·克利蓝首次在二维系统中发现量子霍尔效应，改变了以前流传下来的学术界对物质状态和相变的理解，将拓扑概念引入物理学研究，量子霍尔效应也成为学术界的宠儿。

在三维系统中也能观测到量子霍尔效应吗？ 1987年，哈佛大学伯特兰·霍尔·佩林教授从理论上预言三维系统具有量子霍尔效应，并展示了其测量特征。 国际学术界称这种现象为三维量子霍尔效应。 但是，要观测三维量子霍尔效应，必须将电子态控制在量子极限区域，测量磁场条件和材料系统的要求非常严格，几十年来，科学界没有可靠的观测证据。

中国科技大学乔振华课题组与南方科技大学张立源课题组等合作，经过5年多的努力，首次对毫米级碲化锆材料观测到了三维量子霍尔效应，研究成果于5月9日发表在国际权威期刊《自然》上，引起学术圈的极大兴趣， 美国科学院院士文小刚高度评价了这一成果。 在这个新的实验中，给了我们新的材料体系。 其中也会产生拓扑结构。

碲化锆是一种三维层状结构的新材料，因其特殊的热电特性和异常电阻的温度依赖关系而在上个世纪受到广泛的关注。 近年来，世界上许多实验室都在制造这种材料，希望用多种不同的手段进行检测，从而揭示其物理特征。

在碲化锆系中观测到三维量子霍尔效应。 (设计:王国燕，何聪)

从2005年开始，南方科技大学的张立源团队开始尝试对该系统进行实验研究，希望通过拓扑研究进行切割，但意外发现碲化锆也是研究三维系统的理想材料。 年初，从事同一方向理论研究的中国科技大学乔振华团队开始与张立源团队密切合作，对来自难以计数的国内外著名研究机构的样品进行测试分解，终于对该三维宏观材料观测到了量子霍尔效应。

自1980年量子霍尔效应被发现以来，人们把观察力集中在二维系统上。 这次以毫米级的宏观尺度实现了三维量子霍尔效应，弥补了霍尔效应家族的重要谜题。 乔振华教授认为，丰富多彩的三维系统将吸引众多学者参与新的三维量子物态和相变行业的研究，为霍尔效应家族的快速发展提供新的行业和视角。

140年前的埃德温&中间大厅无法回答经典的霍尔效应能做什么。 但是，今天，经典的霍尔效应已经融入我们的日常生活，广泛应用于汽车、家电、手机等领域。 那么，在三维量子霍尔效应的将来会有怎样的应用备受关注。