我科学家首次实验验证三维量子霍尔效应 成果登上国际权威期刊《自然》

本报讯（记者 桂运安 通讯员 范琼）5月14日，中国科学技术大学发布重要科技成果，该校乔振华课题组与南方科技大学张立源课题组等合作，经过5年多时间的努力，首次在毫米级的碲化锆材料上观测到三维量子霍尔效应。成果5月9日发表在国际权威期刊《自然》上，标志着一个崭新的材料体系诞生。

霍尔效应描述了当磁场加载到金属和半导体上时，电力与磁力之间的一种相互关系。1879年发现的霍尔效应这一基础理论，对半导体行业意义深远，它是二极管被发明出来的重要前提，如今已广泛应用于汽车、家电、手机等行业。1980年，德国科学家冯·克利青首次在二维体系里发现了量子霍尔效应，改变了传统学界对物态和相变的理解。1987年，哈佛大学伯特兰·霍尔珀林教授虽然预言了三维体系存在量子霍尔效应，但科学界一直未有确凿的观测证据。

碲化锆是一种三维层状结构的新型材料，具有特殊的热电性质和反常的电阻对温度依赖关系。近年来，全世界多个实验室各自制备该材料，并通过多种不同的手段进行探测，希望确定其物理特性。

从2014年起，南方科技大学张立源团队开始尝试实验研究该体系，希望在拓扑性质研究上有所斩获，意外发现碲化锆也是研究三维体系的理想材料。2017年初，从事相同方向理论研究的中国科学技术大学乔振华团队与张立源团队开始密切合作，测试分析了难以计数的来自国内外著名研究机构的样品，终于在该三维宏观材料上观测到量子霍尔效应。

自1980年发现量子霍尔效应后，人们把注意力集中在二维体系里。这次在毫米级的宏观尺度上实现三维量子霍尔效应，补全了霍尔效应家族一个重要拼图。乔振华教授认为：“丰富多彩的三维体系，将吸引众多学者加入到新型三维量子物态以及相变领域研究中，并为霍尔效应家族发展提供一个全新领域和视角。”

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