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我国科学家首次在三维空间发现量子霍尔效应
12月18日，英国《自然》杂志刊登复旦大学修发贤课题组最新研究成果《砷化镉中基于外尔轨道的量子霍尔效应》，标志着我国科学家首次在三维空间中发现量子霍尔效应。
早在130多年前，美国物理学家霍尔就发现，对通电的导体加上垂直于电流方向的磁场，电子的运动轨迹会发生偏转，在导体的纵向方向产生电压。这个电磁现象就是霍尔效应。以往的实验证明，量子霍尔效应主要在二维或者准二维体系中发生，而修发贤课题组在拓扑半金属砷化镉纳米片时发现，三位体系中也可以存在霍尔效应。在三维体系中，材料上表面边缘的电子受到强磁场作用，会直接从内部隧穿到下表面，然后继续沿着回旋轨道运动，遇到材料边缘之后，沿着侧壁返回到上表面。如此往复，形成一个来回于两个表面的路径，从而形成导电通道。这是一种发生在三维空间的全新的量子霍尔效应。
为了使读者更理解三维空间下的霍尔效应，让我们用一个简单的比喻来解释该理论，如果一个房间的天花板和地面组成了一个三维空间，那么电子就可以从这个空间里由天花板穿越整个空间，到达地面，再从地面向天花板运动。如此往复，就组成了一个电子三维量子化的回旋轨道。
总体来说，量子霍尔效应是20世纪以来，凝聚态物理领域最重要的科学发现之一。修发贤课题组的发现，为未来三维空间量子化传输提供了新的思路和实验基础。在拓扑量子计算、及低功耗电子器件方面有潜在应用价值。
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