我國(guó)首次實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證三維量子霍爾效應(yīng)

吳長(zhǎng)鋒

筆者從中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)獲悉，該校喬振華課題組與南方科技大學(xué)張立源課題組等合作，經(jīng)過(guò)5年多的努力，首次在毫米級(jí)的碲化鋯材料上觀測(cè)到三維量子霍爾效應(yīng)，研究成果近日發(fā)表在國(guó)際期刊《自然》上，引發(fā)學(xué)術(shù)圈關(guān)注。國(guó)際同行高度評(píng)價(jià)這一成果：“這一新的實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，給了我們一個(gè)新的材料體系，其中也能產(chǎn)生拓?fù)湫??！?/p>

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(duì)溫度的依賴關(guān)系，在上世紀(jì)被廣泛關(guān)注。近年來(lái)，全世界多個(gè)實(shí)驗(yàn)室各自制備該材料，并通過(guò)多種不同的手段進(jìn)行探測(cè)，希望確定其物理特性。

從2014年起，南方科技大學(xué)張立源團(tuán)隊(duì)開(kāi)始嘗試實(shí)驗(yàn)研究該體系，希望在拓?fù)湫再|(zhì)研究上有所斬獲，卻意外發(fā)現(xiàn)碲化鋯也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中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)喬振華團(tuán)隊(duì)與張立源團(tuán)隊(duì)開(kāi)始密切合作，測(cè)試分析了難以計(jì)數(shù)的來(lái)自國(guó)內(nèi)外著名研究機(jī)構(gòu)的樣品，終于在該三維宏觀材料上觀測(cè)到量子霍爾效應(yīng)。

自1980年發(fā)現(xiàn)量子霍爾效應(yīng)后，人們把注意力集中在二維體系里。這次在毫米級(jí)的宏觀尺度上實(shí)現(xiàn)了三維量子霍爾效應(yīng)，補(bǔ)全了霍爾效應(yīng)家族一個(gè)重要的拼圖。喬振華教授認(rèn)為：“豐富多彩的三維體系，將吸引眾多學(xué)者加入到新型的三維量子物態(tài)以及相變領(lǐng)域的研究之中，并為霍爾效應(yīng)家族的發(fā)展提供一個(gè)全新的領(lǐng)域和視角。”