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率先发现“量子反常霍尔效应”

山大校友薛其坤院士团队取得世界级成果

发布日期:2013-04-10 21:48:43 字号:   点击次数:0
  [本站讯]4月10日,据中央电视台《新闻联播》报道,中国科学院院士、清华大学理学院院长、山东大学光学系1980级校友薛其坤教授团队率先在实验中观测到量子反常霍尔效应,这是我国科学家从实验上独立观测到的一个重要物理现象,也是世界基础研究领域的一项重要科学发现。该成果于北京时间3月15日凌晨(美国东部时间3月14日下午)在《科学》杂志在线发表。
  报道称,薛其坤院士率领的团队,耗时四年,试验了上千个样品,终于找到了一种叫做磁性拓扑绝缘体薄膜的特殊材料,并从实验中观测到量子反常霍尔效应。这项重大基础物理学成果被诺贝尔物理奖获得者杨振宁称为是中国实验室里发表的第一次诺贝尔奖级的物理学论文。
  电子在导体中的运动,并没有明确的方向和轨迹,在流动的过程中,还会使导体发热,产生能量损耗,130多年前,美国物理学家霍尔发现,如果对充电的导体加上垂直于电流方向的磁场,电子的运动轨迹将产生偏转,这个电磁现象就是霍尔效应。1980年,德国物理学家发现,在强磁场下会发生量子霍尔效应,使电子运动没有能量损耗,该物理学家还认为,量子霍尔效应家族中应该存在量子反常霍尔效应,不需要强磁场也能够使电子运动没有能量损耗。薛其坤院士说:“处在这种量子反常霍尔态的电子,就像在高速公路上运动的汽车一样,是按照一定的规则进行运动的,意味着电子在传输的过程中,会减少碰撞和减少发热。”
  量子反常霍尔效应是整个凝聚态物理中重要、基本的量子效应之一,如何在实验上观测到量子反常霍尔效应,具有相当大的难度,美国、德国、日本等科学家都未取得最后成功。此次我国科学家在世界上率先找到了实现这一特殊量子效应的材料体系和具体物理途径,可在未来电子器件中发挥特殊作用,比如研制出低能耗的电子器械与芯片等。中国科学院物理研究所研究员戴希说:“以后我们的电脑可以变得更快,可能是不会发热,也可以做得更小。这个手机的储存现在是几个G,以后可以到几个T。”
  诺贝尔物理奖得主杨振宁先生说:“这一次的成功,是从中国的实验室里头所发表的第一次诺贝尔奖级的物理学论文。”“不仅是科学界的喜事,也是整个国家的喜事。”杨振宁认为,获诺贝尔奖的具体条件无法定义,但他相信99%在前沿物理学做研究的人都会同意这是一个诺贝尔奖级的成果。
  此前,1980年,德国科学家冯•克利青发现整数量子霍尔效应,1982年,美国科学家崔琦和施特默发现分数量子霍尔效应,这两项成果分别于1985年和1998年获得诺贝尔物理学奖。    
  薛其坤,清华大学理学院院长、物理系主任,中国科学院院士。1963年生于山东蒙阴,山东大学光学系1980级校友,山东大学兼职教授,山东大学2010年度十大杰出校友。曾任中国物理学会表面与界面物理专业委员会副主任委员,中国科学院物理所纳米物理和器件实验室学术委员会副主任,中国真空学会纳米与表面专业委员会副主任,中国物理学会理事会常务理事,中国物理学会理事会学术交流委员会主任,教育部原子分子纳米科学重点实验室主任,中国电子显微镜学会理事会常务理事,低维量子物理国家重点实验室主任。先后发表SCI论文300余篇,文章被引用3900多次。曾获日本文部省青年科学家海外奖学金,国家杰出青年基金(信息学部),中国科学院“十大杰出青年”、“盈科青年学者”奖、“重大创新贡献团队”奖,国家自然科学二等奖,何梁何利基金科学与技术进步奖,TWAS物理奖,“中国科学十大进展”之首,陈嘉庚数理科学奖等。
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【作者:万广远 王莉莉 来自:宣传部 新闻中心 编辑:新闻中心总编室 责任编辑:宣文】
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