万博体育买球中国科学家首次观测到电子“高速
    发布日期:2019-01-29 02:48 浏览次数: 字号:[ ]

      被视作“有可能是量子霍尔效应家族最后一个重要成员”的量子反常霍尔效应,被中国科学家首次在实验上观测到。昨天,中国科学院物理研究所与清华大学共同发布了这一消息。著名物理学家、诺贝尔奖得主杨振宁称赞其是诺贝尔奖级的成果。

      若把导体比作一条道路,电子本来是均匀分布在路面上往前移动的。但当有一个外加磁场时,电子可能会被磁场推到路的一边行走这就是1879年发现的霍尔效应。如果物体的运动可以触发不同的磁场,而不同磁场可以改变电压,那么人们就能做出许多精密的传感器,比如汽车中的速度表和里程表、汽车点火系统等。

      每一种导体中能够自由流动的电子浓度不同,所以由霍尔效应形成的电压也不同,因此“霍尔系数”就成为材料的一种特性。后来,科学家发现,当通电的导体被放在极低温度下,加上极强磁场时,很多材料的霍尔系数会变成整数,乃至分数,这被称为量子霍尔效应。发现“整数量子霍尔效应”、万博体育买球,“分数量子霍尔效应”的科学家分别在1980年、1982年获得诺贝尔物理学奖。

      1880年,霍尔又发现,在铁磁性材料中,无需外加磁场,也会产生霍尔效应,他称之为“反常霍尔效应”。不过,这次物理学家再想寻找一种材料具有“量子反常霍尔效应”,却难以得偿所愿。

      中科院物理所研究员戴希解释,这是因为具有这种特性的材料太难找。2010年,他和同事方忠研究员,与美国斯坦福大学/清华大学张首晟教授合作,通过计算预言了一种材料将是“实现量子反常霍尔效应的最佳体系”。审阅这篇论文的《科学》杂志审稿人当时表示,不知在他的有生之年能否看到这个预言中的材料。

      但科学家极其渴望见到这“霍尔效应家族中最后一位重要成员”。因为根据预言,这种材料就像电流的高速公路内部绝缘如同绿化隔离带,电子只在边缘奔跑,互不干扰。戴希说,当半导体器件越做越小,电流产生的热量就越来越难以散发。如果能用上这种新材料生产电子器件,就能摆脱电子器件的发热问题,做出更高效的集成电路。

      出乎这位审稿人意料的是,中国科学家们仅用三年多,就实现了这个预言。3月中旬的《科学》杂志刊登了这一成果。中科院院士、清华大学教授薛其坤介绍,如此复杂的材料,每一层原子都必须精心排列,才能最终生长出可观察到量子反常霍尔效应的材料。他带领团队与中科院物理所合作,采用分子束外延技术,经历了1000多次反复实验之后,终于生长出了这种神奇的薄膜材料在一定的外加栅极电压范围内,此材料在零磁场中的反常霍尔电阻达到了量子霍尔效应的特征值h/e225800欧姆,从而证实了此前的理论预言。杨振宁相信,99%在前沿物理学做研究的人都会同意这是一个诺贝尔奖级的成果。这次成功说明,中国有世界一流的实验室,更能够以勤奋和团队合作精神,做出一流的成果。

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