今天(12月18日)，英國《自然》雜志將刊登復(fù)旦大學物理學系修發(fā)賢課題組的最新研究成果《砷化鎘中基于外爾軌道的量子霍爾效應(yīng)》，這也是我國科學家首次在三維空間中發(fā)現(xiàn)量子霍爾效應(yīng)。

早在130多年前，美國物理學家霍爾發(fā)現(xiàn)，對通電的導(dǎo)體加上垂直于電流方向的磁場，電子的運動軌跡將發(fā)生偏轉(zhuǎn)，在導(dǎo)體的縱向方向產(chǎn)生電壓，這個電磁現(xiàn)象就是"霍爾效應(yīng)"。以往的實驗證明，量子霍爾效應(yīng)主要在二維或者準二維體系中發(fā)生。而修發(fā)賢課題組在拓撲半金屬砷化鎘納米片中觀測到了新型三維量子霍爾效應(yīng)的直接證據(jù)。在三維體系中，材料上表面邊緣的電子受到強磁場作用，會直接從內(nèi)部隧穿到下表面，然后繼續(xù)沿著回旋軌道運動，遇到材料邊緣之后沿著側(cè)壁返回到上表面。如此往復(fù)形成一個來回于兩個表面之間的路徑，從而形成導(dǎo)電通道，這是一種發(fā)生在三維空間的全新的量子霍爾效應(yīng)。

復(fù)旦大學物理學系教授 修發(fā)賢:打個比方有一個房間有這個天花板有地面，那么整個組成一個三維的空間，那在這里邊電子可以從天花板進行運動，然后穿越整個空間到達地面，從地面再進行運動，再回到天花板。這樣就組成了一個電子的三維的量子化的回旋軌道。

量子霍爾效應(yīng)是20世紀以來凝聚態(tài)物理領(lǐng)域最重要的科學發(fā)現(xiàn)之一。修發(fā)賢課題組的發(fā)現(xiàn)為未來三維空間量子化傳輸提供了新的思路和實驗基礎(chǔ)，在拓撲量子計算及低功耗電子器件方面有潛在應(yīng)用價值。

復(fù)旦大學物理學系教授 修發(fā)賢:就是我們可以在自旋、光電探測方面可以做一些原型器件，比如說在一些紅外探測，一些遙感這樣的領(lǐng)域里邊發(fā)揮它的作用。