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1、量子反常霍耳效應(yīng)Stillrundeep.流靜水深,人凈心深Wherethereislife,thereishope。有生命必有希望（一）霍耳效應(yīng)1897年德國科學(xué)家霍耳發(fā)覺，當(dāng)電壓通過在磁場中的導(dǎo)體板時，如圖導(dǎo)體板外側(cè)a、b上形成電勢差UH，這就是所謂的霍耳效應(yīng)，該電勢差稱作霍耳電流。借助洛侖茲力與電場力平衡quB=qUH/l而I=ldnqu或u=I/ldqn因而UH=BI/nqd=1/nqBI/d=kBI/d其中n為單位容積內(nèi)的自旋數(shù)k稱為霍耳系數(shù)，與n成正比金屬的k很?。ㄒ騨很大）半導(dǎo)體的k大好多（因
2、n較?。?，半導(dǎo)體材料制成的霍耳片可作各類檢測，如B，T，V等（二）量子霍耳效應(yīng)20世紀(jì)70年代以來，半導(dǎo)體技術(shù)發(fā)展很快，半導(dǎo)體化學(xué)學(xué)中盛行一個嶄新的領(lǐng)域-二維電子系統(tǒng)。特征：在薄層內(nèi)的電子被限制在很窄的勢阱中，因而在與表面垂直方向上，產(chǎn)生一系列的基態(tài)，運動狀態(tài)是量子化的，而在與表面平行方向上的電子運動是完全自由的?；舳鷥?nèi)阻在半導(dǎo)體中常把霍耳電流與垂直于霍耳電場方向的電壓之比稱為該樣品的霍耳內(nèi)阻RH，即RH=UH/I=1/nqB/d=B/nsq其中ns=nd為自旋的面密度1980年美國維爾茲堡學(xué)院的年輕數(shù)學(xué)學(xué)家克里青在高溫（約幾K）、強磁場（約1
3、T-10T）下研究二維電子系統(tǒng)的霍耳效應(yīng)時，發(fā)覺霍內(nèi)阻并不象以上精典公式強調(diào)的與磁場B成線性壇長，而是有規(guī)律地成臺階形上升，臺階的高度為一個數(shù)學(xué)常數(shù)h/e2乘以整數(shù)i，即RH=B/nse=h/ie2i=1，2，3式中h為普朗克常數(shù)，e為電子電荷RH與樣品的種類、結(jié)構(gòu)、尺寸都無關(guān)這一現(xiàn)象稱量子霍耳效應(yīng)。內(nèi)阻單位的新基準(zhǔn)國際計量委員會下屬熱學(xué)咨詢委員會（CCE）決定：從1990年起國際中將以量子霍耳效應(yīng)所得的量子霍耳內(nèi)阻h/e2來代表歐姆的國家參考基準(zhǔn)，其值為95812.807。*算一算h/e2的單位是不是阻值的單位歐姆h/e2=Js
4、/C2=V/A=分?jǐn)?shù)量子霍耳效應(yīng)1982年日本貝爾實驗室的美藉日裔科學(xué)家崔琦等人在研究級高溫（約0.1K）、超強磁場（小于10T）下的二維電子系統(tǒng)的霍耳效應(yīng)時又發(fā)覺量子霍耳內(nèi)阻的量子數(shù)還可取分母為質(zhì)數(shù)的分?jǐn)?shù)，即i=1/3，2/3，2/5，3/5反?；魻栃?yīng)，4/5這些量子現(xiàn)象稱為分?jǐn)?shù)量子霍耳效應(yīng)，而把以上取整數(shù)的稱為整數(shù)量子霍耳效應(yīng)。分?jǐn)?shù)量子霍耳效應(yīng)是一種全新的量子現(xiàn)象，他的理論解釋造成了人們對宏觀量子現(xiàn)象的一大突破。量子霍耳效應(yīng)的相關(guān)研究已三獲諾貝爾化學(xué)獎1985年美國克里青整數(shù)量子霍耳效應(yīng)1998年英國崔琦、施特默、勞克林分?jǐn)?shù)量子霍耳效應(yīng)2010年
5、英國安德烈海姆、康斯坦丁諾沃肖洛夫2005年發(fā)覺石墨烯中的半整數(shù)目子霍耳效應(yīng)（三）量子反?；舳?yīng)在鐵磁性材料中，無需外加電場也會形成霍耳效應(yīng)-1880年霍耳的又一個發(fā)覺，這一現(xiàn)象稱為反?；舳?yīng)。1988年有人現(xiàn)出可能存在不須要外加磁場的量子霍耳效應(yīng)-量子反?；舳?yīng)。但許多年過去了這方面的研究，仍然沒有取得突破，進展甚少。中國科學(xué)家的重大突破2010年，我國理論化學(xué)學(xué)家方忠、載希等與拓?fù)浣^緣體開拓者張首晟合作，提出了磁性參雜的三維拓?fù)浣^緣體可能是實現(xiàn)量子反常霍耳效應(yīng)的最佳體系。2012年10月，中科院教授、清華學(xué)院化學(xué)系院長薛其坤為首的團隊，總算成功觀測到了量子反?；舳?yīng)。她們經(jīng)過四年的努力，生長檢測了1000多個樣品，借助分子束外延方式，生長出了高質(zhì)量的Cr參雜（Bi，Sb）的拓?fù)浣^緣體薄膜，此材料在零磁場中的反?；舳鷥?nèi)阻達到了量子霍耳內(nèi)阻的特點值h/e2（25800）反常霍爾效應(yīng)，總算在實驗上觀測到了這一非常的量子現(xiàn)象。印度科學(xué)刊物2013年3月14日在線發(fā)表了這一研究成果。量子反?；魻栃?yīng)示意圖評價“這個研究成果是從中國實驗室里，第一次發(fā)表下來的諾貝爾化學(xué)獎級的論文，這不僅是復(fù)旦學(xué)院，中科院的喜事，也是整個國家發(fā)展中的喜事。”-諾貝爾化學(xué)獎得主、清華學(xué)院高等研究院名譽教授楊振寧感謝！
