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第二立场

量子霍尔效应是20世纪以来凝聚态物理中最重要的科学发现之一。迄今为止,已有四项诺贝尔奖与之直接相关。然而,100多年来,三维量子霍尔效应一直是科学家心中的圣地。直到去年12月,中国复旦大学物理系的冼秀发研究小组发布了这份报告,人类第一次观察到了三维量子霍尔效应。最近,中国科技大学及其团队在《天然》发表了一篇论文,揭示了他们已经通过实验验证了三维量子霍尔效应,并发现了金属-绝缘体转变。在电灯数和磁旗之间架起桥梁之前,科学家们对量子霍尔效应的研究仅限于二维系统,而对三维系统的猜测却无止境。修法先的团队发现了由三维“外轨道”形成的新型三维量子霍尔效应的直接证据,并在量子霍尔效应从二维到三维的过程中迈出了关键的一步。这一次,中国科技大学的合作研究团队紧随其后,进一步证实了三维量子霍尔效应和显著的拓扑绝缘性能。霍尔效应是由美国物理学家e霍尔于1879年发现的,以他的名字命名,并传播到全世界。焦点理论认为带电粒子(如电子)在磁场中移动时会在洛伦兹力的影响下发生偏转,因此磁场中的电流也可能发生偏转。当电流在外部磁场过程中垂直于半导体时,载流子偏转,在导体两端积累电荷,在导体内部产生电场,该电场垂直于电流和磁场的目标偏转。当电场力和洛伦兹力平衡时,载流子将不再偏转。此时,在半导体的两端之间将形成电势差。这种现象就是霍尔效应。这种电位差也称为霍尔电位差。一般来说,霍尔效应实际上是电信号和磁信号之间的桥梁。任何将电信号转换成磁信号的地方都可以安装霍尔传感器。这个看似深刻的概念实际上非常接近我们的生活:例如,如果我们把霍尔元件放在汽车里,也许我们可以测量动员机器的转速、车轮的转速和目标位移;另一个例子是,如果霍尔元件被放置在电动自行车中,它可以被制成手柄,可以控制电动自行车的行驶速度。量子霍尔效应停留在二维空间1980年,霍尔效应发现100年后,德国青年教师克劳斯冯克利钦通过理论阐释和实验发现了整数量子霍尔效应,将霍尔效应纳入量子范畴。冯克里奇发现,量子霍尔效应也表现在极端条件下,如超低温和强磁场。在极端条件下,电子的偏转不再像在流行的霍尔效应中那样普遍,而是变得加倍猛烈,偏转半径变得非常小,就好像它围绕着导体内的某一点旋转一样。也就是说,导体中心的部门电子被“锁定”,只有导体的边缘可以用来传导电流。由于这些发现,他获得了1985年的诺贝尔物理学奖。尽管量子霍尔效应是诺贝尔奖的常客,但相关研究仅限于二维量子系统。如果我们生活在三维空间并延伸到三维系统,量子霍尔效应会有什么不同?在找到验证三维量子霍尔效应的另一种方法之前,实现三维量子霍尔效应的想法是首先堆叠二维量子系统。然而,只获得准二维量子霍尔效应,没有观察到明显的量子霍尔电阻和电子在空间中的振动。中国科学家找到了另一种方法,选择了不同的材料。秀法宪的研究小组选择了砷化镓楔形纳米结构,而中国科技大学的团队选择了碲化锆三维晶体。这些被认为是拓扑绝缘体的三维纳米结构被科学家们观察到类似于二维量子霍尔效应,即一个纳米结构的电阻
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