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1、量子反常霍耳效应Stillrundeep.流静水深,人净心深Wherethereislife,thereishope。有生命必有希望（一）霍耳效应1897年德国科学家霍耳发觉，当电压通过在磁场中的导体板时，如图导体板外侧a、b上形成电势差UH，这就是所谓的霍耳效应，该电势差称作霍耳电流。借助洛仑兹力与电场力平衡quB=qUH/l而I=ldnqu或u=I/ldqn因而UH=BI/nqd=1/nqBI/d=kBI/d其中n为单位容积内的自旋数k称为霍耳系数，与n成正比金属的k很小（因n很大）半导体的k大好多（因
2、n较小），半导体材料制成的霍耳片可作各类检测，如B，T，V等（二）量子霍耳效应20世纪70年代以来，半导体技术发展很快，半导体化学学中盛行一个崭新的领域-二维电子系统。特征：在薄层内的电子被限制在很窄的势阱中，因而在与表面垂直方向上，产生一系列的基态，运动状态是量子化的，而在与表面平行方向上的电子运动是完全自由的。霍耳内阻在半导体中常把霍耳电流与垂直于霍耳电场方向的电压之比称为该样品的霍耳内阻RH，即RH=UH/I=1/nqB/d=B/nsq其中ns=nd为自旋的面密度1980年美国维尔兹堡学院的年轻数学学家克里青在高温（约几K）、强磁场（约1
3、T-10T）下研究二维电子系统的霍耳效应时，发觉霍内阻并不象以上精典公式强调的与磁场B成线性坛长，而是有规律地成台阶形上升，台阶的高度为一个数学常数h/e2乘以整数i，即RH=B/nse=h/ie2i=1，2，3式中h为普朗克常数，e为电子电荷RH与样品的种类、结构、尺寸都无关这一现象称量子霍耳效应。内阻单位的新基准国际计量委员会下属热学咨询委员会（CCE）决定：从1990年起国际中将以量子霍耳效应所得的量子霍耳内阻h/e2来代表欧姆的国家参考基准，其值为95812.807。*算一算h/e2的单位是不是阻值的单位欧姆h/e2=Js
4、/C2=V/A=分数量子霍耳效应1982年日本贝尔实验室的美藉日裔科学家崔琦等人在研究级高温（约0.1K）、超强磁场（小于10T）下的二维电子系统的霍耳效应时又发觉量子霍耳内阻的量子数还可取分母为质数的分数，即i=1/3，2/3，2/5，3/5反常霍尔效应，4/5这些量子现象称为分数量子霍耳效应，而把以上取整数的称为整数量子霍耳效应。分数量子霍耳效应是一种全新的量子现象，他的理论解释造成了人们对宏观量子现象的一大突破。量子霍耳效应的相关研究已三获诺贝尔化学奖1985年美国克里青整数量子霍耳效应1998年英国崔琦、施特默、劳克林分数量子霍耳效应2010年
5、英国安德烈海姆、康斯坦丁诺沃肖洛夫2005年发觉石墨烯中的半整数目子霍耳效应（三）量子反常霍耳效应在铁磁性材料中，无需外加电场也会形成霍耳效应-1880年霍耳的又一个发觉，这一现象称为反常霍耳效应。1988年有人现出可能存在不须要外加磁场的量子霍耳效应-量子反常霍耳效应。但许多年过去了这方面的研究，仍然没有取得突破，进展甚少。中国科学家的重大突破2010年，我国理论化学学家方忠、载希等与拓扑绝缘体开拓者张首晟合作，提出了磁性参杂的三维拓扑绝缘体可能是实现量子反常霍耳效应的最佳体系。2012年10月，中科院教授、清华学院化学系院长薛其坤为首的团队，总算成功观测到了量子反常霍耳效应。她们经过四年的努力，生长检测了1000多个样品，借助分子束外延方式，生长出了高质量的Cr参杂（Bi，Sb）的拓扑绝缘体薄膜，此材料在零磁场中的反常霍耳内阻达到了量子霍耳内阻的特点值h/e2（25800）反常霍尔效应，总算在实验上观测到了这一非常的量子现象。印度科学刊物2013年3月14日在线发表了这一研究成果。量子反常霍尔效应示意图评价“这个研究成果是从中国实验室里，第一次发表下来的诺贝尔化学奖级的论文，这不仅是复旦学院，中科院的喜事，也是整个国家发展中的喜事。”-诺贝尔化学奖得主、清华学院高等研究院名誉教授杨振宁感谢！
