量子反常霍爾效應(yīng),對(duì)普通人來說,拗口而晦澀。但在物理學(xué)家眼中,它"神奇"又"美妙"。因?yàn)樗陌l(fā)現(xiàn)可能帶來下一次信息技術(shù)革命。采用這種技術(shù)設(shè)計(jì)集成電路和元器件,千億次的超級(jí)計(jì)算機(jī)有望做成平板電腦那么大,智能手機(jī)的內(nèi)存可能會(huì)提高上千倍！那么什么是量子反常霍爾效應(yīng)？它到底有多反常？對(duì)它的研究為什么引起世界各國(guó)科學(xué)家的興趣？

量子霍爾效應(yīng)：電子運(yùn)動(dòng)的“交通規(guī)則”

在普通導(dǎo)體中，電子的運(yùn)動(dòng)軌跡雜亂無章，不斷發(fā)生碰撞。當(dāng)在導(dǎo)體兩端加上電極之后，電子就會(huì)形成橫向漂移的穩(wěn)定電流。而電流在傳輸中會(huì)存在能量損耗的現(xiàn)象。 如果在垂直于電流方向加上外磁場(chǎng)，材料里的電子由于磁場(chǎng)的作用力，會(huì)在導(dǎo)體一邊形成積累電荷，最終會(huì)達(dá)到平衡形成穩(wěn)定的霍爾電壓。 當(dāng)外場(chǎng)足夠強(qiáng)，溫度足夠低時(shí)，導(dǎo)體中間的電子會(huì)在原地打轉(zhuǎn)，會(huì)在邊界上形成不易被外界干擾的半圓形導(dǎo)電通道，即量子霍爾效應(yīng)。量子霍爾效應(yīng)可以讓電子在各自的跑道上“一往無前”地運(yùn)動(dòng)，降低能量損耗。

量子霍爾效應(yīng)在凝聚態(tài)物理的研究中占據(jù)著極其重要的地位。它就像一個(gè)富礦，一代又一代科學(xué)家為之著迷和獻(xiàn)身，整數(shù)量子霍爾效應(yīng)、分?jǐn)?shù)量子霍爾效應(yīng)、半整數(shù)量子霍爾效應(yīng)相繼獲得諾貝爾獎(jiǎng)。 但是，在量子霍爾效應(yīng)家族里，一個(gè)神秘成員是“量子反常霍爾效應(yīng)”——不需要外加磁場(chǎng)的量子霍爾效應(yīng)，遲遲沒有被人發(fā)現(xiàn)。

世界級(jí)難題由中國(guó)團(tuán)隊(duì)攻克

長(zhǎng)時(shí)間使用計(jì)算機(jī)時(shí)，會(huì)遇到計(jì)算機(jī)發(fā)熱、能量損耗、速度變慢等問題，這是因?yàn)槌B(tài)下芯片中的電子運(yùn)動(dòng)沒有特定的軌道，它們相互碰撞從而發(fā)生能量損耗。量子霍爾效應(yīng)的發(fā)現(xiàn)，為我們突破摩爾定律和集成電路的發(fā)展提供了一個(gè)全新的原理。這是物理學(xué)基本研究為未來工業(yè)界發(fā)展提供的嶄新道路。

但它的產(chǎn)生需要非常強(qiáng)的磁場(chǎng)，相當(dāng)于外加10個(gè)計(jì)算機(jī)大的磁鐵，這樣體積龐大且價(jià)格昂貴，顯然不適合個(gè)人電腦和便攜式計(jì)算機(jī)。而量子反常霍爾效應(yīng)的美妙之處是不需要任何外加磁場(chǎng)，即可實(shí)現(xiàn)電子的有序運(yùn)動(dòng)，更容易應(yīng)用到人們?nèi)粘Ｋ璧碾娮悠骷小?/strong>