量子反常霍尔效应的实验发现

更新时间:2023-12-23 20:33

2019年开年之际,中科院院士薛其坤领导的清华大学、中科院物理所实验团队完成的“量子反常霍尔效应的实验发现”被授予2018年度国家自然科学奖一等奖。

“量子反常霍尔效应的实验发现”荣获2018年度国家自然科学一等奖。这一奖项意味着在过去几年里,薛其坤研究团队在量子材料的研究中取得一系列国际领先的科研成果,获得了学界的高度肯定。

时间回溯到2013年,正是这项研究的一个关键的节点。3月15日《科学》杂志发表文章,宣布由薛其坤院士领衔的清华大学物理系和中科院物理所联合组成的实验团队,从实验上首次发现量子反常霍尔效应,这意味着量子霍尔效应物理领域一个期待已久的重要现象已经被中国科学家率先观测到。

量子反常霍尔效应”,这是一个大多数人听不懂的名词。然而,它却让微观世界的奇妙现象转换到宏观世界中成为可能。在微观世界里,在不需要强磁场的情况下,电子可在各自的跑道上按规则有序地、一往无前地奔跑,如果这些现象能在宏观世界得到实现,那么存在于我们神话传说中的穿墙而过、永动不停或将成为可能。

2008年前后,华裔物理学家、斯坦福大学的张首晟教授等理论物理学家提出了用磁性拓扑绝缘体实现量子反常霍尔效应的方案,从理论上提出这一材料实现量子反常霍尔效应的可能性,但能否在实验中发现它还是未知数。作为长期从事量子物理研究的科学家,薛其坤认识到,这是一个非常值得在中国进行深入探究的领域。从那时起,他和团队就展开了对拓扑绝缘体中新奇量子效应的实验研究。

从2009年起,薛其坤院士领导的实验研究团队与清华大学、中科院物理所、斯坦福大学的研究者合作,对量子反常霍尔效应的实验实现进行攻关。他们试验了1000多个样品,一步步克服了重重障碍,终于找到一种叫做“磁性拓扑绝缘体薄膜”的特殊材料,并从实验中观测到“量子反常霍尔效应”。

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