量子反常霍爾效應：加速推動下一次信息技術革命
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我國科學家在國際上首次發(fā)現量子反常霍爾效應，被著名物理學家楊振寧教授譽為“諾貝爾獎級”的科研成果。什么是量子反常霍爾效應？它的發(fā)現有什么重大意義？
要了解量子反常霍爾效應，必須先認識量子霍爾效應。舉一個簡單的例子，我們使用計算機的時候，會遇到計算機發(fā)熱、能量損耗、速度變慢等問題。這是因為常態(tài)下芯片中的電子運動沒有特定的軌道，相互碰撞從而發(fā)生能量損耗。
“量子霍爾效應則可以對電子的運動制定一個規(guī)則，讓它們在各自的跑道上前進，就好比一輛高級跑車，常態(tài)下是在擁擠的農貿市場里前進，而在量子霍爾效應下，則可以在沒有干擾的高速路上前進。”清華大學薛其坤院士形象地說。
量子霍爾效應能解決電子碰撞發(fā)熱的問題，因而在未來的量子計算、量子信息存儲方面具有巨大的應用潛力，據此設計新一代大規(guī)模集成電路和元器件，將會具有極低的能耗。
然而，量子霍爾效應的產生需要非常強的磁場，不但價格昂貴，而且體積相當于一個衣柜那么大，不適合個人電腦和便攜式計算機。“而量子反常霍爾效應的美妙之處是不需要任何外加磁場，在零磁場中就可以實現量子霍爾態(tài)，更容易應用到人們日常所需的電子器件中。”薛其坤說。
科學家表示，量子反常霍爾效應有可能推動新一代低能耗晶體管和電子學器件發(fā)展，通過密度集成，將來計算機的體積也將大大縮小，即使千億次的超級計算機都有望做成現在的平板電腦那么大。
在凝聚態(tài)物理中，量子霍爾效應占據著極其重要的地位。整數量子霍爾效應和分數量子霍爾效應的實驗發(fā)現分別于１９８５年和１９９８年獲得諾貝爾物理學獎。這次由薛其坤院士領銜、清華大學和中科院物理研究所聯(lián)合團隊首次在實驗上觀測到的量子反常霍爾效應，被認為可能是量子霍爾效應家族最后一個有待實驗發(fā)現的成員。
“量子反常霍爾效應的發(fā)現可能帶來下一次信息技術革命，中國科學家為國家爭奪了未來信息革命的戰(zhàn)略制高點。”拓撲絕緣體領域的開創(chuàng)者之一、清華大學“千人計劃”教授張首晟說。
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