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三維量子霍爾效應是什么?

  • 2018年12月19日 HaoChenChong來源:東方頭條 391 18
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量子霍爾效應是20世紀以來凝聚態(tài)物理領域最重要的科學發(fā)現(xiàn)之一,迄今已有四個諾貝爾獎與其直接相關。但100多年來,科學家對量子霍爾效應的研究仍停留于二維體系,從未涉足三維領域。

量子霍爾效應是20世紀以來凝聚態(tài)物理領域最重要的科學發(fā)現(xiàn)之一,迄今已有四個諾貝爾獎與其直接相關。但100多年來,科學家對量子霍爾效應的研究仍停留于二維體系,從未涉足三維領域。昨天,復旦大學物理學系修發(fā)賢課題組宣布首先在該領域?qū)崿F(xiàn)重大突破,邁出了從二維到三維的關鍵一步。相關研究成果以《砷化鎘中基于外爾軌道的量子霍爾效應》為題在線發(fā)表于《自然》雜志。

在立體空間中,在三維體系中,存在量子霍爾效應嗎?如果有,電子的運動機制是什么?

“我們在砷化鎘納米片中看到這一現(xiàn)象時,非常震驚,三維體系里邊怎么會出現(xiàn)量子霍爾效應?”2016年10月,修發(fā)賢及其團隊第一次用高質(zhì)量的三維砷化鎘納米片觀測到量子霍爾效應的時候,就像目睹汽車飛到空中那樣又驚又喜。很快,他們的這一發(fā)現(xiàn)發(fā)表在了《自然·通訊》上。

實驗發(fā)現(xiàn),電子在其中的運動軌道能量直接受到樣品厚度的影響。這說明,隨著樣品厚度的變化,電子的運動時間也在變。所以,電子在做與樣品厚度相關的縱向運動,其隧穿行為被證明了。

“電子在上表面走一段四分之一圈,穿越到下表面,完成另外一個四分之一圈后,再穿越回上表面,形成半個閉環(huán),這個隧穿行為也是無耗散的,所以可以保證電子在整個回旋運動中仍然是量子化的?!毙薨l(fā)賢說,整個軌道就是三維“外爾軌道”,是砷化鎘納米結構中量子霍爾效應的來源。至此,三維量子霍爾效應的奧秘終于被揭開了。


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