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量子反常霍尔效应:加速推动下一次信息技术革命

发布时间:2013-04-13

 新华网北京4月11日电(记者吴晶晶、李江涛)我国科学家在国际上首次发现量子反常霍尔效应,被著名物理学家杨振宁教授誉为“诺贝尔奖级”的科研成果。什么是量子反常霍尔效应?它的发现有什么重大意义?

  要了解量子反常霍尔效应,必须先认识量子霍尔效应。举一个简单的例子,我们使用计算机的时候,会遇到计算机发热、能量损耗、速度变慢等问题。这是因为常态下芯片中的电子运动没有特定的轨道,相互碰撞从而发生能量损耗。

  “量子霍尔效应则可以对电子的运动制定一个规则,让它们在各自的跑道上前进,就好比一辆高级跑车,常态下是在拥挤的农贸市场里前进,而在量子霍尔效应下,则可以在没有干扰的高速路上前进。”清华大学薛其坤院士形象地说。

  量子霍尔效应能解决电子碰撞发热的问题,因而在未来的量子计算、量子信息存储方面具有巨大的应用潜力,据此设计新一代大规模集成电路和元器件,将会具有极低的能耗。

  然而,量子霍尔效应的产生需要非常强的磁场,不但价格昂贵,而且体积相当于一个衣柜那么大,不适合个人电脑和便携式计算机。“而量子反常霍尔效应的美妙之处是不需要任何外加磁场,在零磁场中就可以实现量子霍尔态,更容易应用到人们日常所需的电子器件中。”薛其坤说。

  科学家表示,量子反常霍尔效应有可能推动新一代低能耗晶体管和电子学器件发展,通过密度集成,将来计算机的体积也将大大缩小,即使千亿次的超级计算机都有望做成现在的平板电脑那么大。

   在凝聚态物理中,量子霍尔效应占据着极其重要的地位。整数量子霍尔效应和分数量子霍尔效应的实验发现分别于1985年和1998年获得诺贝尔物理学奖。 这次由薛其坤院士领衔、清华大学和中科院物理研究所联合团队首次在实验上观测到的量子反常霍尔效应,被认为可能是量子霍尔效应家族最后一个有待实验发现的成员。

  “量子反常霍尔效应的发现可能带来下一次信息技术革命,中国科学家为国家争夺了未来信息革命的战略制高点。”拓扑绝缘体领域的开创者之一、清华大学“千人计划”教授张首晟说。

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