我科学家首次在实验中发现量子反常霍尔效应

来源:新华网 2013-3-15 李江涛

  由清华大学薛其坤院士领衔,清华大学、中科院物理所和斯坦福大学研究人员联合组成的团队在量子反常霍尔效应研究中取得重大突破,他们从实验中首次观测到量子反常霍尔效应,这是我国科学家从实验中独立观测到的一个重要物理现象,也是物理学领域基础研究的一项重要科学发现。

  该成果于北京时间3月15日凌晨在美国《科学》杂志在线发表。

  据介绍,美国科学家霍尔分别于1879年和1880年发现霍尔效应和反常霍尔效应。在一个通有电流的导体中,如果施加一个垂直于电流方向的磁场,由于洛伦兹力的作用,电子的运动轨迹将产生偏转,从而在垂直于电流和磁场方向的导体两端产生电压,这个电磁输运现象就是著名的霍尔效应。而在磁性材料中不加外磁场也可以观测到霍尔效应,这种零磁场中的霍尔效应就是反常霍尔效应。反常霍尔电导是由于材料本身的自发磁化而产生的,因此是一类新的重要物理效应。

  量子霍尔效应之所以如此重要,一方面是由于它们体现了二维电子系统在低温强磁场的极端条件下的奇妙量子行为,另一方面这些效应可能在未来电子器件中发挥特殊的作用,可用于制备低能耗的高速电子器件。

  例如,如果把量子霍尔效应引入计算机芯片,将会克服电脑的发热和能量耗散问题。然而由于量子霍尔效应的产生需要非常强的磁场,因此至今为止它还没有特别大的实用价值,因为要产生所需的磁场不但价格昂贵,而且其体积庞大(衣柜大小),也不适合于个人电脑和便携式计算机。

  据了解,量子反常霍尔效应的美妙之处是不需要任何外加磁场,因此,这项研究成果将会推动新一代的低能耗晶体管和电子学器件的发展,可能加速推进信息技术进步的进程。

2013年03月18日 15:48:19  清华新闻网

更多 ›图说清华

最新更新