霍爾效應(yīng)是日本化學(xué)學(xué)家霍爾于1879年發(fā)覺(jué)的一個(gè)化學(xué)效應(yīng)，當(dāng)電壓通過(guò)一個(gè)坐落磁場(chǎng)中的導(dǎo)體的時(shí)侯，磁場(chǎng)會(huì)對(duì)導(dǎo)體中的電子形成一個(gè)垂直于電子運(yùn)動(dòng)方向上的斥力，因而在導(dǎo)體的兩端形成電勢(shì)差，這個(gè)電勢(shì)差也被稱(chēng)為霍爾電勢(shì)差。在極低氣溫條件下，霍爾電勢(shì)差呈現(xiàn)量子化，被稱(chēng)為量子霍爾效應(yīng)。量子霍爾效應(yīng)是霍爾效應(yīng)的量子熱學(xué)版本反?；魻栃?yīng)，是一種典型的宏觀量子效應(yīng)，是微觀電子世界的量子行為在宏觀尺度上的一個(gè)完美彰顯，是整個(gè)匯聚態(tài)化學(xué)領(lǐng)域最重要、最基本的量子效應(yīng)之一。自1980年，美國(guó)科學(xué)家Klausvon發(fā)覺(jué)了“整數(shù)量子霍爾效應(yīng)”，并于1985年獲得諾貝爾化學(xué)學(xué)獎(jiǎng)，至今已有4次諾貝爾化學(xué)學(xué)獎(jiǎng)與量子霍爾效應(yīng)直接相關(guān)。量子反常霍爾效應(yīng)是指在不須要外加磁場(chǎng)的情況下實(shí)現(xiàn)量子化的反?；魻栃?yīng)。量子反常霍爾效應(yīng)是一個(gè)全新的量子效應(yīng)，被覺(jué)得是繼整數(shù)和分?jǐn)?shù)量子霍爾效應(yīng)以后，量子霍爾效應(yīng)家族中的最后一個(gè)重要成員。并且因?yàn)槠鋪?lái)始于材料的自發(fā)磁化而不須要外加磁場(chǎng)，因而在低煤耗電子元件的應(yīng)用方面變得尤為便捷。從理論研究和實(shí)驗(yàn)上實(shí)現(xiàn)量子反?；魻栃?yīng)，是多年來(lái)國(guó)外外匯聚態(tài)化學(xué)學(xué)家追求的目標(biāo)和競(jìng)爭(zhēng)的前沿。我國(guó)科學(xué)家在這一研究中取得驕人成績(jī)。
2008年復(fù)旦學(xué)院劉朝星等，以及2010年中科院化學(xué)所方忠和戴希等，分別與哈佛學(xué)院張首晟院長(zhǎng)一起，先后提出了磁性參雜的拓?fù)浣^緣體是實(shí)現(xiàn)量子反?；魻栃?yīng)的最佳材料體系的理論方案。2012年，在北大學(xué)院薛其坤教授的率領(lǐng)下，復(fù)旦學(xué)院化學(xué)系、中科院化學(xué)所和哈佛學(xué)院的研究人員聯(lián)合組成的團(tuán)隊(duì)，首次在Cr參雜（Bi，Sb）2Te3拓?fù)浣^緣體磁性薄膜上實(shí)驗(yàn)發(fā)覺(jué)了量子反常霍爾效應(yīng)。量子反?；魻栃?yīng)的最終實(shí)驗(yàn)發(fā)覺(jué)引發(fā)了國(guó)際學(xué)術(shù)界的廣泛關(guān)注和高度評(píng)價(jià)?！犊茖W(xué)》雜志審稿人稱(chēng)之為“凝聚態(tài)化學(xué)界的一項(xiàng)里程碑式的工作”。諾貝爾獎(jiǎng)獲得者楊振寧院長(zhǎng)覺(jué)得這是一項(xiàng)諾貝爾獎(jiǎng)級(jí)化學(xué)學(xué)成果。該研究成果獲2018年國(guó)家自然科學(xué)獎(jiǎng)銀獎(jiǎng)。另一方面，過(guò)去量子霍爾效應(yīng)的觀測(cè)限于二維體系，三維電子體系中量子霍爾效應(yīng)似乎已提出三十多年，但因?yàn)檠卮艌?chǎng)方向電子的運(yùn)動(dòng)不受限制，仍然無(wú)法在實(shí)驗(yàn)中實(shí)現(xiàn)。近幾年我國(guó)科學(xué)家在三維量子霍爾效應(yīng)研究上連續(xù)取得重大突破。2018年末，清華學(xué)院化學(xué)學(xué)系修發(fā)賢院長(zhǎng)課題組在拓?fù)涞依税虢饘偕榛k材料里觀測(cè)到三維量子霍爾效應(yīng)，通過(guò)實(shí)驗(yàn)證明電子的隧穿過(guò)程，邁出從二維到三維的關(guān)鍵一步，開(kāi)拓了全新的研究維度。2019年初，北方科技學(xué)院張立源研究組與中國(guó)科學(xué)技術(shù)學(xué)院?jiǎn)陶袢A研究組及合作者，基于高品質(zhì)五碲化鋯塊體單晶硅，實(shí)驗(yàn)觀測(cè)到長(zhǎng)久以來(lái)覺(jué)得難以實(shí)現(xiàn)的“三維量子霍爾效應(yīng)”。與傳統(tǒng)量子霍爾效應(yīng)的一維邊沿態(tài)不同，這次發(fā)覺(jué)的邊沿態(tài)延拓到了二維。這些嶄新的二維邊沿態(tài)呈現(xiàn)出奇特的性質(zhì)——同時(shí)具備拓?fù)浔Ｗo(hù)和關(guān)聯(lián)作用反常霍爾效應(yīng)，并衍生出更豐富的拓?fù)湮飸B(tài)與迷人的研究前景。
