量子反?；魻栃?yīng)預示新時代的來臨

近期，有關(guān)我國科學家，包括清華大學和中科院物理所的聯(lián)合研究團隊日前從實驗中觀測到量子反?；魻栃?yīng)的報道層出不窮，給予的評價也是十分高，諾貝爾物理學獎獲得者楊振寧說是“諾貝爾獎級別”的。

那么，首先我們要搞清楚：什么是量子反常霍爾效應(yīng)？

舉個對比的例子來簡單直白的說說十分專業(yè)的這個量子反?；魻栃?yīng)的概念。我們使用計算機的時候，會遇到計算機發(fā)熱、能量損耗、速度變慢等問題。這是因為常態(tài)下芯片中的電子運動沒有特定的軌道、相互碰撞從而發(fā)生能量損耗。而量子霍爾效應(yīng)則可以對電子的運動制定一個規(guī)則，讓它們在各自的跑道上“一往無前”地前進。“這就好比一輛跑車，常態(tài)下是在擁擠的農(nóng)貿(mào)市場上前進，而在量子霍爾效應(yīng)下，則可以在‘各行其道、互不干擾’的高速路上前進。”

然而，量子霍爾效應(yīng)的產(chǎn)生需要非常強的磁場，“相當于外加10個計算機大的磁鐵，這不但體積龐大，而且價格昂貴，不適合個人電腦和便攜式計算機。”而量子反?；魻栃?yīng)的美妙之處是不需要任何外加磁場，在零磁場中就可以實現(xiàn)量子霍爾態(tài)，更容易應(yīng)用到人們?nèi)粘Ｋ璧碾娮悠骷?，這些效應(yīng)可能在未來電子器件中發(fā)揮特殊的作用，可用于制備低能耗的高速電子器件。

既然量子反常霍爾效應(yīng)作用如此大，觀測當然是很難的，所以，需要各方協(xié)作、各個科學領(lǐng)域的*科學家合作才能完成，比如理論科學家、試驗科學家等。2010年，中科院物理所方忠、戴希帶領(lǐng)的團隊與斯坦福大學的張首晟教授等合作，從理論與材料設(shè)計上取得了突破，他們提出Cr或Fe磁性離子摻雜的Bi2Te3、Bi2Se3、Sb2Te3族拓撲絕緣體中存在著特殊的V.Vleck鐵磁交換機制，能形成穩(wěn)定的鐵磁絕緣體，是實現(xiàn)量子反?；魻栃?yīng)的*體系[Science，329, 61（2010）]。他們的計算表明，這種磁性拓撲絕緣體多層膜在一定的厚度和磁交換強度下，即處在“量子反?；魻栃?yīng)”態(tài)。該理論與材料設(shè)計的突破引起了上的廣泛興趣，許多世界*實驗室都爭相投入到這場競爭中來，沿著這個思路尋找量子反常霍爾效應(yīng)。薛其坤團隊經(jīng)過近4年的研究，生長測量了1000多個樣品。zui終，他們利用分子束外延方法，生長出了高質(zhì)量的Cr摻雜（Bi，Sb）2Te3拓撲絕緣體磁性薄膜，并在極低溫輸運測量裝置上成功觀測到了量子反?；魻栃?yīng)。

由于量子反?；魻栃?yīng)的發(fā)現(xiàn)，以及接下來的商業(yè)化，必定會有層出不窮的新材料問世，為我們制造低能耗的高速電子器件、解決芯片、電子元器件發(fā)熱、功耗等問題提供*的解決之道，新一代低能耗晶體管和電子學器件的發(fā)展，可能加速推進信息技術(shù)革命進程。

具體到我們的生活中的應(yīng)用上，比如筆記本電腦的芯片發(fā)熱消耗的功率，已經(jīng)為了散熱消耗的功率及風扇的噪聲等問題，都可以在量子反?；魻栃?yīng)的應(yīng)用中得到解決。工作中在環(huán)境試驗設(shè)備上的應(yīng)用主要是電氣控制及儀表制造材料和工藝上的應(yīng)用，比如高低溫試驗箱上的控制器的小型化、集成化將更進一步。

所以，這個量子反?；魻栃?yīng)現(xiàn)象的觀測為今后世界新材料的研究提供了方向，相信不久的將來人類將因為這個發(fā)現(xiàn)而受益無窮。