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——習(xí)近平總書記在致中國科學(xué)院建院70周年賀信中作出的“兩加快一努力”重要指示要求

面向世界科技前沿、面向經(jīng)濟(jì)主戰(zhàn)場、面向國家重大需求、面向人民生命健康,率先實(shí)現(xiàn)科學(xué)技術(shù)跨越發(fā)展,率先建成國家創(chuàng)新人才高地,率先建成國家高水平科技智庫,率先建設(shè)國際一流科研機(jī)構(gòu)。

——中國科學(xué)院辦院方針

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【中國科學(xué)報(bào)】三維量子霍爾效應(yīng)首獲驗(yàn)證

2019-05-16 中國科學(xué)報(bào) 楊保國 范瓊
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在碲化鋯體系中觀測到三維量子霍爾效應(yīng)。(設(shè)計(jì):王國燕、何聰)

  中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)喬振華課題組與南方科技大學(xué)張立源課題組等合作,首次在毫米級的碲化鋯材料上觀測到三維量子霍爾效應(yīng),研究成果日前發(fā)表在《自然》上。

  霍爾效應(yīng)描述了當(dāng)磁場加載到金屬和半導(dǎo)體上時(shí),電力與磁力之間的一種相互關(guān)系。1879年發(fā)現(xiàn)的霍爾效應(yīng)這一基礎(chǔ)理論對半導(dǎo)體行業(yè)意義深遠(yuǎn),因?yàn)樗嵌O管發(fā)明的重要前提。1980年,德國科學(xué)家馮·克利青首次在二維體系里發(fā)現(xiàn)了量子霍爾效應(yīng),改變了傳統(tǒng)學(xué)界對物態(tài)和相變的理解,并把拓?fù)涓拍钜氲轿锢韺W(xué)研究中。

  能否在三維體系中也觀測到量子霍爾效應(yīng)?1987年,哈佛大學(xué)教授伯特蘭·霍爾珀林從理論上預(yù)言了三維體系存在量子霍爾效應(yīng),并給出了它的測量特征。然而,要觀測到三維量子霍爾效應(yīng),必須把電子態(tài)調(diào)控到量子極限區(qū)域,這對測量磁場條件或材料體系的要求異??量?,幾十年來,科學(xué)界一直未有確鑿的觀測證據(jù)。

  碲化鋯是一種三維層狀結(jié)構(gòu)的新型材料,具有特殊的熱電性質(zhì)和反常的電阻對溫度的依賴關(guān)系。近年來,全世界眾多實(shí)驗(yàn)室在制備該材料,并希望通過多種不同手段進(jìn)行探測確定其物理特性。從2014年起,張立源團(tuán)隊(duì)開始嘗試實(shí)驗(yàn)研究該體系,希望在拓?fù)湫再|(zhì)研究上有所收獲,卻意外發(fā)現(xiàn)碲化鋯是研究三維體系的理想材料。2017年初,從事相同方向理論研究的喬振華團(tuán)隊(duì)與張立源團(tuán)隊(duì)開始密切合作,測試分析了難以計(jì)數(shù)的樣品,終于在該三維宏觀材料上觀測到量子霍爾效應(yīng)。

  此次在毫米級的宏觀尺度上實(shí)現(xiàn)三維量子霍爾效應(yīng),補(bǔ)全了霍爾效應(yīng)家族一個(gè)重要拼圖。豐富多彩的三維體系,將為霍爾效應(yīng)家族的發(fā)展提供全新的領(lǐng)域和視角。美國國家科學(xué)院院士文小剛對該發(fā)現(xiàn)給予高度評價(jià):“給了我們一個(gè)新的材料體系,其中也能產(chǎn)生拓?fù)湫??!?/p>

 ?。ㄔd于《中國科學(xué)報(bào)》 2019-05-16 第1版 要聞)

打印 責(zé)任編輯:侯茜

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