三维量子霍尔效应是什么？量子霍尔效应研究：从二维迈向三维

leon0880

量子霍尔效应是20世纪以来凝聚态物理领域最重要的科学发现之一，迄今已有四个诺贝尔奖与其直接相关。但100多年来，科学家对量子霍尔效应的研究仍停留于二维体系，从未涉足三维领域。

量子霍尔效应是20世纪以来凝聚态物理领域最重要的科学发现之一，迄今已有四个诺贝尔奖与其直接相关。但100多年来，科学家对量子霍尔效应的研究仍停留于二维体系，从未涉足三维领域。昨天，复旦大学物理学系修发贤课题组宣布首先在该领域实现重大突破，迈出了从二维到三维的关键一步。相关研究成果以《砷化镉中基于外尔轨道的量子霍尔效应》为题在线发表于《自然》杂志。

在立体空间中，在三维体系中，存在量子霍尔效应吗?如果有，电子的运动机制是什么?

“我们在砷化镉纳米片中看到这一现象时，非常震惊，三维体系里边怎么会出现量子霍尔效应?”2016年10月，修发贤及其团队第一次用高质量的三维砷化镉纳米片观测到量子霍尔效应的时候，就像目睹汽车飞到空中那样又惊又喜。很快，他们的这一发现发表在了《自然·通讯》上。

实验发现，电子在其中的运动轨道能量直接受到样品厚度的影响。这说明，随着样品厚度的变化，电子的运动时间也在变。所以，电子在做与样品厚度相关的纵向运动，其隧穿行为被证明了。

“电子在上表面走一段四分之一圈，穿越到下表面，完成另外一个四分之一圈后，再穿越回上表面，形成半个闭环，这个隧穿行为也是无耗散的，所以可以保证电子在整个回旋运动中仍然是量子化的。”修发贤说，整个轨道就是三维“外尔轨道”，是砷化镉纳米结构中量子霍尔效应的来源。至此，三维量子霍尔效应的奥秘终于被揭开了。