匯聚態化學領域的量子霍爾效應的相關研究以前三獲諾獎，一次是二維電子系統中量子霍爾效應的發覺，一次是分數量子霍爾效應的發覺。并且這兩次發覺都是在強磁場情況下形成的現象。還有一次則是與量子霍爾效應相關的理論發覺。日前，重慶交通學院李聽昕、劉曉雪團隊發覺并驗證零磁場條件下分數量子反?；魻栃?/strong>的存在的成果發表在數學學研究領域的知名刊物《物理學評論X》上，并被重點推薦。
9月28日，記者從北京交通學院李政道研究所據悉，這一成果在該領域內實現了突破性進展，但是團隊通過原創的新型元件的制備方式為后續的一系列研究鋪平了公路。該研究開啟了零磁場條件下研究分數電荷迸發、任意子統計等新奇物性的房門，為拓撲量子估算等研究提供了新的可能與機遇。
據了解，量子霍爾效應是一種在外加大磁場下因為朗道基態量子化造成的無耗散的量子輸運特點。但是，外加大磁場這一需求極大限制了該效應的實際應用前景。近幾六年來，探求無磁場的量子霍爾效應，即量子反常霍爾效應，吸引了諸多化學學家的關注，并在理論和實驗上都取得了很大進展。
2021年，瑞典康奈爾學院的KinFaiMak、Jiefú研究團隊和北京交通學院的李聽昕、姜生偉研究團隊合作，基于二維半導體材料莫爾超晶格系統（AB堆垛的MoTe2/WSe2），實現了拓撲性質高度可調的能帶結構并觀測到整數量子霍爾效應。這一工作發表在《》雜志上，李聽昕和姜生偉是文章的共同第一作者。那些研究工作也為進一步在二維材料莫爾超晶格系統中找尋分數量子反常霍爾效應奠定了基礎。
石墨烯材料本身具有一些特別有趣的化學性質，但當兩層石墨烯放到一起并旋轉一個特定角度（后來稱之為魔角）時，會出現新的周期性結構，即莫爾超晶格。這些莫爾超晶格才能極大地改變材料的能帶結構及其化學性質。為此，魔角石墨烯在零磁場下詮釋出許多普通石墨烯不存在的性質。
李聽昕介紹說，她們團隊（實驗）與法國密西西比學院張陽團隊（理論）合作，設計制備了新型拐角MoTe2莫爾超晶格元件，通過舉辦熱學輸運實驗，直接觀測到分數量子反?；魻栃?/strong>存在的確鑿證據。
“在研究過程中，我們面臨了眾多挑戰和困難。歸國后，我們發覺該領域的國際競爭異常激烈，幾個月內，各個研究團隊就開始不斷涌現出各類研究成果。為了捉住這個機會，我們一方面要在科學上做到嚴謹確切，另一方面還要保證一定的研究速率。這對我們團隊以及我們的中學生來說都是一個巨大的挑戰。當時國際上同期兩個獨立實驗工作之一，另一實驗工作由英國芝加哥學院Xu研究團隊完成，她們大概比我們發表論文提早了一周?！崩盥犼勘硎荆钊送锵У氖?strong>反?；魻栃?/strong>，她們的團隊、兩位指導老師以及中學生們都付出了特別堅苦的努力，最終在國際上也率先發表了這一成果。
李聽昕和劉曉雪
此外，論文發表在“物理學評論X”（X13,(2023)）上，并被編輯以in方式重點推薦；出版的“news&views”評論文章覺得兩項研究工作為分數量子反?；魻栃?/strong>提供了確定性的證據（-gun）。該項成果得到了審稿人的高度評價，被覺得是領域內的突破性進展，且原創的新型元件制備方式為后續一系列圍繞分數量子反常霍爾效應的研究鋪平了公路。該研究開啟了零磁場條件下研究分數電荷迸發、任意子統計等新奇物性的房門，為拓撲量子估算等研究提供了新的可能和機遇。
李聽昕解釋說，量子估算作為下一代估算技術深受矚目，但目前仍存在量子比特保真度的問題。拓撲量子估算是從化學原理上解決保真度的問題，從理論上十分出眾。但是，目前這一領域還逗留在理論上反?；魻栃?/strong>，須要更多的研究和實驗驗證?！叭绻茏鞒鐾負淞孔颖忍?，無論可否實用，在數學學上都將具有重要意義。未來，隨著更多的研究和資金投入，拓撲量子估算有望成為現實?！?span style="display:none">OgC物理好資源網(原物理ok網)
文、圖/北京晚報·新花城記者：陳慶輝