祖國威武!我國科學家首次在三維空間發現量子霍爾效應!
最新訊息,據外媒報道,我國科學家修發賢以及其團隊首次在三維空間發現量子霍爾效應!在科學家界掀起軒然大波!
量子霍爾效應,在1879年被霍爾發現,它表明了磁場和感應電壓之間的關係。當電流通過一個位於磁場中的導體的時候,磁場會對導體中的電子產生一個橫向的作用力,從而在導體的兩端產生電壓差。簡單來說,就是對通電的導體加上垂直於電流方向的磁場,電子的運動軌跡將發生偏轉,在導體的縱向方向產生電壓,這個電磁現象就是“霍爾效應”,霍爾效應需要在低溫強磁場的極端條件下才可以被觀察到,此時霍爾電阻與磁場不再呈現線性關係,而出現量子化平臺。
但以往的實驗證明,量子霍爾效應只會在二維或者準二維體系中發生。三維體系中存在量子霍爾效應嗎?
為實現這一領域的突破,復旦大學物理學系修發賢帶領其課題組在拓撲半金屬砷化鎘納米片(一種特殊的材料體系)中觀測到了由外爾軌道(一種特殊的電子軌道,電子可以從上表面穿越到下表面,然後再回到上表面)形成的新型三維量子霍爾效應的直接證據,邁出了從二維到三維的關鍵一步。這是一次巨大的突破!
談到材料的難點,修發賢表示,材料的要求非常高,必須能夠精確的控制厚度,必須有很高的遷移率。他們從2014年開始研究這個材料,經過差不多5年的摸索,才達到厚度的可控性(50-100納米),遷移率達到10萬。其次,由於霍爾效應只能在極端條件也就是前面提到的低溫情況下(大約在幾十毫K,也就是零下270多度)進行,還有就是強磁場,必須在三十多特斯拉(地磁場的百萬倍)進行才可成功。