量子反常霍爾效應(yīng)：加速推動(dòng)下一次信息技術(shù)革命
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我國(guó)科學(xué)家在國(guó)際上首次發(fā)現(xiàn)量子反常霍爾效應(yīng)，被著名物理學(xué)家楊振寧教授譽(yù)為“諾貝爾獎(jiǎng)級(jí)”的科研成果。什么是量子反常霍爾效應(yīng)？它的發(fā)現(xiàn)有什么重大意義？
要了解量子反常霍爾效應(yīng)，必須先認(rèn)識(shí)量子霍爾效應(yīng)。舉一個(gè)簡(jiǎn)單的例子，我們使用計(jì)算機(jī)的時(shí)候，會(huì)遇到計(jì)算機(jī)發(fā)熱、能量損耗、速度變慢等問題。這是因?yàn)槌B(tài)下芯片中的電子運(yùn)動(dòng)沒有特定的軌道，相互碰撞從而發(fā)生能量損耗。
“量子霍爾效應(yīng)則可以對(duì)電子的運(yùn)動(dòng)制定一個(gè)規(guī)則，讓它們?cè)诟髯缘呐艿郎锨斑M(jìn)，就好比一輛高級(jí)跑車，常態(tài)下是在擁擠的農(nóng)貿(mào)市場(chǎng)里前進(jìn)，而在量子霍爾效應(yīng)下，則可以在沒有干擾的高速路上前進(jìn)。”清華大學(xué)薛其坤院士形象地說。
量子霍爾效應(yīng)能解決電子碰撞發(fā)熱的問題，因而在未來的量子計(jì)算、量子信息存儲(chǔ)方面具有巨大的應(yīng)用潛力，據(jù)此設(shè)計(jì)新一代大規(guī)模集成電路和元器件，將會(huì)具有極低的能耗。
然而，量子霍爾效應(yīng)的產(chǎn)生需要非常強(qiáng)的磁場(chǎng)，不但價(jià)格昂貴，而且體積相當(dāng)于一個(gè)衣柜那么大，不適合個(gè)人電腦和便攜式計(jì)算機(jī)。“而量子反常霍爾效應(yīng)的美妙之處是不需要任何外加磁場(chǎng)，在零磁場(chǎng)中就可以實(shí)現(xiàn)量子霍爾態(tài)，更容易應(yīng)用到人們?nèi)粘Ｋ璧碾娮悠骷小！毖ζ淅ふf。
科學(xué)家表示，量子反常霍爾效應(yīng)有可能推動(dòng)新一代低能耗晶體管和電子學(xué)器件發(fā)展，通過密度集成，將來計(jì)算機(jī)的體積也將大大縮小，即使千億次的超級(jí)計(jì)算機(jī)都有望做成現(xiàn)在的平板電腦那么大。
在凝聚態(tài)物理中，量子霍爾效應(yīng)占據(jù)著極其重要的地位。整數(shù)量子霍爾效應(yīng)和分?jǐn)?shù)量子霍爾效應(yīng)的實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)分別于１９８５年和１９９８年獲得諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)。這次由薛其坤院士領(lǐng)銜、清華大學(xué)和中科院物理研究所聯(lián)合團(tuán)隊(duì)首次在實(shí)驗(yàn)上觀測(cè)到的量子反常霍爾效應(yīng)，被認(rèn)為可能是量子霍爾效應(yīng)家族最后一個(gè)有待實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)的成員。
“量子反常霍爾效應(yīng)的發(fā)現(xiàn)可能帶來下一次信息技術(shù)革命，中國(guó)科學(xué)家為國(guó)家爭(zhēng)奪了未來信息革命的戰(zhàn)略制高點(diǎn)。”拓?fù)浣^緣體領(lǐng)域的開創(chuàng)者之一、清華大學(xué)“千人計(jì)劃”教授張首晟說。
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