明天中午三維通訊有量子通訊嗎，清華學院化學學系修發賢課題組關于三維量子霍爾效應的突破性原創成果在線發表于《自然》()。20世紀以來，已有四個諾貝爾獎與量子霍爾效應直接相關。而此前這一領域的研究仍逗留于二維體系。在本次成果中，修發賢院長課題組在拓撲狄拉克半金屬砷化鎘材料里觀測到三維量子霍爾效應，通過實驗證明電子的隧穿過程，邁出從二維到三維的關鍵一步，開拓了全新的研究維度。
據修發賢介紹，該效應與傳統的二維量子霍爾不同，存在特殊的電子軌道，稱為外爾軌道，電子可以從上表面穿越到下表面三維通訊有量子通訊嗎，之后再回到上表面。打個比方，一個屋子有天花板和地面，產生三維空間，電子可以從天花板穿越屋子抵達地面，之后從地面再回到天花板。
去年，修發賢課題組快于美國和英國的科學家們，率先發覺了量子霍爾效應。事實上，今年11月，課題組已在《自然·通訊》上率先發布了相關成果，一兩個月后德國和日本也觀測到了類似的結果。但彼期限于實驗條件，實際的電子運動機制并不明晰。
修發賢表示，其難點在于材料的制備和元件的檢測。首先對材料的要求十分高，必須才能精確的控制長度，以及具備高遷移率。第二個難點在于檢測必須在極端條件下進行，即零下270多度高溫和三十多特斯拉強磁場(地磁場的百萬倍)。
后來，課題組創新性地借助楔形樣品實現可控的長度變化，即把電子運動的“房子”放歪，“屋頂被傾斜了，房屋內部上下表面的距離都會發生變化”，修發賢介紹。通過實驗發覺，電子在其中的運動軌道能量直接遭到樣品長度的影響。這說明隨著樣品長度的變化，電子的運動時間也在變。所以，電子在做與樣品長度相關的橫向運動，其隧穿行為被證明了。
2英寸單晶硅薄膜
該成果證明，拓撲狄拉克半金屬砷化鎘材料電子的傳輸和響應很快，遷移率達到10萬，而目前使用的半導體材料通常只有幾百遷移率。目前，該研究已能將砷化鎘制備成2英寸單晶硅薄膜。未來或可用于低煤耗電子元件，在紅外偵測、電子載流子方面做一些原型元件。