20世纪以来我国科学家发现基于外尔轨道的三维量子霍尔效应

　　100多年来，科学家们对量子霍尔效应的研究仍停留于二维体系，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。

　　为完成这一范畴的打破，复旦大学物理学系修发贤带领其课题组在拓扑半金属砷化镉纳米片中观测到了由外尔轨迹构成的新式三维量子霍尔效应的直接依据，迈出了从二维到三维的要害一步。相关研讨成果于北京时间12月18日零时在线发表于《天然》主刊。

　　早在130多年前，美国物理学家霍尔就发现，对通电的导体加上垂直于电流方向的磁场，电子的运动轨迹将发作偏转，在导体的纵向方向发作电压，这个电磁现象就是“霍尔效应”。但以往的试验证明，量子霍尔效应只会在二维或许准二维系统中发作。三维系统中存在量子霍尔效应吗？如果有，电子的运动机制是什么？

　　为回答这一问题，修发贤团队在一种特别的资料系统中，也就是拓扑狄拉克半金属砷化镉资料里，观测到三维量子霍尔效应。该效应与传统的二维量子霍尔不同，存在特别的电子轨迹，称为外尔轨迹，电子能够从上外表穿越到下外表，然后再回到上外表。

　　修发贤表明，课题的难点在于资料的制备和器材的丈量。首要对资料的要求十分高，有必要能够准确操控厚度，有必要有很高的迁移率。课题组从2014年开端成长这个资料，现在能够到达厚度的可控性（50—100纳米），迁移率到达10万。第二个难点在于，丈量有必要在极点条件下进行：低温文强磁场。温度在几十毫K（也就是零下270多摄氏度），强磁场在30多特斯拉（地磁场的百万倍）。

　　“咱们的这个研讨归于自在探究型的根底研讨，在凝聚态物理方面，咱们发现了三维量子霍尔效应，能够为往后的进一步科研探究供给必定的试验根底。”修发贤说。