量子反常霍爾效應

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【聯合報╱特派記者林克倫／綜合報導】
大陸中國科學院與北京清華大學的研究團隊，首次在實驗室內發現「量子反常霍爾效應」，成果發表在知名「科學」雜誌。此發現將推動低能耗電積體電路設計的發展，並加速新通訊革命發展，諾貝爾物理獎得主楊振寧稱讚這是諾貝爾獎級的新成果。

「量子霍爾效應」是凝聚態物理領域中最基本且重要的量子效應之一。中國新聞網報導，北京清華大學和中國科學院物理研究所前天在北京聯合宣布，由清華教授、中國科學院院士薛其坤帶領的清華物理系和中科院物理所實驗團隊，最近在磁性摻雜的拓撲絕緣體薄膜中，首次觀測到「量子反常霍爾效應」。

此一新材質薄膜無須借助外部磁場，未來實際應用時，可進一步縮小積體電路的尺寸，加上耗能小、少發熱，能大幅提高運算速度，又縮小相關產品的體積。

諾貝爾物理獎得主楊振寧日前在記者會上表示，他認為這是從中國的實驗室裡第一次做出來「諾貝爾獎級的物理學論文」，不只是清華大學科學院的喜事，也是整個國家的大喜事。

大陸中科院物理所研究員、北京凝聚態物理國家實驗室副主任戴希指出，普通狀態的電子是雜亂無章的、無序運動，以電腦晶片為例，電子在常溫下因不斷發生碰撞，就會損耗能量、影響效能。

戴希解釋，量子霍爾效應就是對電子的運動制訂一個規則，讓它們在各自的跑道上「一往直前」地前進，「這就好比一輛高級跑車，常態下在擁擠的農貿市場上前進，而在量子霍爾效應下，則是在各行其道、互不干擾的高速路上前進」。

不過，常態下產生的量子霍爾效應難以廣泛應用，率領這次新研究團隊的大陸中科院院士薛其坤指出，要讓電子在常溫下能有序運行，必須要有個非常大的設備以產生磁場，以小小的電腦晶片為例，磁場設備會和冰箱一樣大。

「量子反常霍爾效應」即是要解決此難題。一九八八年美國物理學家霍爾提出，可能存在一種不需外磁場的量子霍爾效應，問題是「反常」的新材料怎麼產生。薛其坤率領的研究團隊耗時近四年，生產一千多個樣本，終於研發出新拓撲絕緣體磁性薄膜，並透過極低溫輸運測量，成功觀測到「量子反常霍爾效應」。