三维体系中存在量子霍尔效应吗 揭秘三维量子霍尔效应奥秘

12月28日，英国《自然》杂志将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》，这是我国科学家首次在三维空间中发现量子霍尔效应，代表我国迈出了从二维到三维的关键一步。

对于这次成果的诞生，修发贤觉得，在砷化镉的研究方面，这才刚刚开始。“这是一个作品，我们第一次提出了新的机制，也得到了认可。但还有可以深挖的，还有更具体的东西，我想得继续做细做好。这次我们发现了三维量子霍尔效应，为今后的进一步科研探索提供一定的实验基础。另外，在应用方面这个材料体系具有非常高的迁移率，电子的传输和响应很快，可以在红外探测、电子自旋方面做一些原型器件。

课题背景

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，迄今已有四个诺贝尔奖与其直接相关。

但一百多年来，科学家们对量子霍尔效应的研究仍停留于二维体系，从未涉足三维领域。

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，电子的运动轨迹将发生偏转，在导体的纵向方向产生电压，这个电磁现象就是“霍尔效应”。如果将电子限制在二维平面内，在强大的磁场作用下，电子的运动可以在导体边缘做一维运动，变得“讲规则”“守秩序”。

但以往的实验证明，量子霍尔效应只会在二维或者准二维体系中发生。“比如说这间屋子，除了上表面、下表面，中间还存在一个空间。”修发贤用手上下比划着。人们知道，在“天花板”或者“地面”上，电子可以沿着“边界线”有条不紊的做着规则运动，一列朝前，一列向后，像是两列在各自轨道上疾驰的列车。那么，在立体空间中呢？