新華社合肥5月15日電（記者徐海濤）霍爾效應描述了當磁場加載到金屬和半導體上時，電力與磁力之間的一種相互關系。近140年來，國際科學界相繼發(fā)現(xiàn)了霍爾效應和量子霍爾效應。近期，中國科學技術大學喬振華課題組與南方科技大學張立源課題組等合作，首次在毫米級的碲化鋯材料上觀測到了三維量子霍爾效應。

　　日前，國際學術期刊《自然》發(fā)表了該研究成果。“這一新的實驗發(fā)現(xiàn)，給了我們一個新的材料體系，其中也能產(chǎn)生拓撲序。”美國國家科學院院士文小剛高度評價說。

　　1879年，美國科學家埃德溫·霍爾在實驗中首次發(fā)現(xiàn)了“霍爾效應”，這對二極管的發(fā)明及半導體行業(yè)產(chǎn)生深遠影響。1980年，德國科學家馮·克利青首次在二維體系里發(fā)現(xiàn)了量子霍爾效應，改變了學界對物態(tài)和相變的理解，并把拓撲的概念引入到物理學研究領域，他也因此獲得諾貝爾物理學獎。

　　能否在三維體系中也觀測到量子霍爾效應？這對測量條件、材料體系的要求異常苛刻，幾十年來，科學界一直未能突破。

　　碲化鋯是一種具有特殊性質(zhì)的新材料，南方科大張立源團隊從2014年起開始研究，意外發(fā)現(xiàn)這是一種研究三維體系的理想材料。2017年初，從事相同研究方向的中國科大喬振華團隊與張立源團隊開始合作，他們測試分析了大量來自國內(nèi)外科研機構(gòu)的樣品，終于在碲化鋯這種三維材料上觀測到了量子霍爾效應。

　　據(jù)了解，自從1980年發(fā)現(xiàn)量子霍爾效應后，學界把注意力集中在二維體系。這次發(fā)現(xiàn)的三維量子霍爾效應，補全了霍爾效應家族的一個重要拼圖。

　　“豐富多彩的三維體系，將吸引眾多學者加入到新型的三維量子物態(tài)以及相變領域的研究中，并為霍爾效應家族的發(fā)展提供一個全新的領域和視角。”喬振華說。

　　140年前，埃德溫·霍爾教授還無法回答經(jīng)典霍爾效應能做什么。如今，經(jīng)典霍爾效應已走入大眾生活，廣泛應用于汽車、家電、手機等產(chǎn)品。三維量子霍爾效應未來會有什么樣的應用？科學界將繼續(xù)尋求答案。

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責任編輯： 尹世杰