■记者团 甘海莹 杭凌霄

    5月8日，应物理学院的邀请，我国“首个诺贝尔奖级别的物理发现”——反常量子霍尔效应研究团队做客我校，该成果于北京时间3月15日在美国《科学》（Science）杂志在线发表并引起巨大反响，被杨振宁誉为“中国实验室首个诺奖级别的发现”，

    量子反常霍尔效应是指在无外加磁场的条件下，仅由材料本身的自发磁化产生霍尔效应的现象。这是一类新的物理效应，由清华大学薛其坤院士领衔、清华大学物理系和中科院物理研究所组成的实验团队首次观测到，此次研讨会由诺贝尔物理学奖得主冯·克利青主持，薛其坤教授团队，斯坦福大学教授、清华大学高等研究所的特聘教授张首晟，中科院副院长方忠（我校校友）等反常霍尔效应团队成员分别发言。 

拿下严苛材料“拦路虎”

    2008年，张首晟团队首先提出在拓扑绝缘体中实现量子反常霍尔效应的可能性。2009年起，由薛其坤院士带领联合实验团队与方忠、张首晟等理论物理学家合作，开始向量子反常霍尔效应的实验实现发起冲击。2010年，他们又预言了三维拓扑绝缘体薄膜是实现量子反常霍尔效应的最佳体系。

    薛其坤总结指出，反常霍尔效应对高质量的拓扑绝缘体的要求是他们攻克的最大的难关。材料能带结构必须具有拓扑特性从而具有导电的一维边缘态，具有长程铁磁序从而存在反常霍尔效应，同时材料体内必须为绝缘态从而只有一维边缘态参与导电。“一些国家的科学家就是因为材料要求达不到，导致反常霍尔效应的探究失败”。

    历时四年，测试了1000多个样本，2012年10月，他们观测到零磁场中的反常霍尔电阻达到了量子霍尔效应的特征值h/e2  25800欧姆，从而证实了此前的理论预言。

让新生“婴儿”引爆信息技术革命

    张首晟、薛其坤都在报告中预言，未来反常量子霍尔效应极可能引发信息技术革命。薛其坤指出，团队下一步的科研方向之一就是实现它在现实中的应用，例如在传感器、计算机等方面的应用。

    量子霍尔效应的发现曾被设想用于解决计算机发热、能量损耗、速度变慢等问题。“就像由交通拥堵之地到了超级高速路，量子霍尔效应可以对电子的运动制定一个规则，让它们在各自的跑道前进，避免了常态下运动电子混乱的相互碰撞”，张首晟这样比喻。但实现量子霍尔效应需要的超强磁场相当于外加10个计算机大的磁铁，难以应用到实际。量子反常霍尔效应的产生则不需要任何外加磁场，如果得以应用，“千亿次的计算机也有可能集成浓缩成一部iPad掌上电脑。”

    问及普遍应用的时间，薛其坤说道，“量子反常霍尔效应是一个全新的发现，新生‘婴儿’的成长需要一段历程。”他同时表示，要实现普遍应用，第一个问题要解决的问题是提高实现反常霍尔效应的温度（目前的低温要求日常难以达到）。

清华团队邀请我校学子加盟  

    王亚愚在报告中提到，整个实验具体的部分都是由清华大学的学生团队完成的，这些学生都是85后的博士生和硕士生。“他们对实验的具体操作比我们更清楚，有时他们会教我们怎么做，并且他们的一些新颖的想法对整个项目进行有重要作用。”王亚愚说道，他甚至“邀请”现场提问的陈鹏同学加入清华实验团队，“如果你感兴趣，欢迎你来清华大学参与我们的实验”。

    张首晟则指出，要实现创新，一定要让本科生很快地走到科学前沿。他在清华很早就和一批优秀的本科生取得联系，他们在科学研究上带给自己很多灵感。“清华大学的学生很优秀，他们的创意非常多，可以启发我们这些教授，我知道华中大的优秀学生也很多”。

    方忠常也鼓励母校学子好好利用华中大的资源和平台，并希望更多的对科研有兴趣的学生能够投身反常霍尔效应的研究。“这是一个新的、令人振奋的领域，需要包括年轻一代在内的更多力量的关注和进一步的研究。”
        
附：
    霍尔效应是电磁效应的一种，这一现象是美国物理学家霍尔于1879年发现的。当电流垂直于外磁场通过导体时，在导体的垂直于磁场和电流方向的两个端面之间会出现电势差，这一现象就是霍尔效应。1980年冯·克利青发现了高磁、低温下的量子霍尔效应，并因此获得了1985年诺贝尔物理学奖。

    反常霍尔效应与普通的霍尔效应在本质上完全不同，因为这里不存在外磁场对电子的洛伦兹力而产生的运动轨道偏转。反常霍尔电导是由于材料本身的自发磁化而产生的，是一类新的重要物理效应，被认为是量子霍尔家族的最后一位成员，它和此前发现的量子霍尔效应、量子自旋霍尔效应组成了“量子霍尔家族三重奏”。