汇聚态化学领域的量子霍尔效应的相关研究以前三获诺奖，一次是二维电子系统中量子霍尔效应的发觉，一次是分数量子霍尔效应的发觉。并且这两次发觉都是在强磁场情况下形成的现象。还有一次则是与量子霍尔效应相关的理论发觉。日前，重庆交通学院李听昕、刘晓雪团队发觉并验证零磁场条件下分数量子反常霍尔效应的存在的成果发表在数学学研究领域的知名刊物《物理学评论X》上，并被重点推荐。
9月28日，记者从北京交通学院李政道研究所据悉，这一成果在该领域内实现了突破性进展，但是团队通过原创的新型元件的制备方式为后续的一系列研究铺平了公路。该研究开启了零磁场条件下研究分数电荷迸发、任意子统计等新奇物性的房门，为拓扑量子估算等研究提供了新的可能与机遇。
据了解，量子霍尔效应是一种在外加大磁场下因为朗道基态量子化造成的无耗散的量子输运特点。但是，外加大磁场这一需求极大限制了该效应的实际应用前景。近几六年来，探求无磁场的量子霍尔效应，即量子反常霍尔效应，吸引了诸多化学学家的关注，并在理论和实验上都取得了很大进展。
2021年，瑞典康奈尔学院的KinFaiMak、Jiefú研究团队和北京交通学院的李听昕、姜生伟研究团队合作，基于二维半导体材料莫尔超晶格系统（AB堆垛的MoTe2/WSe2），实现了拓扑性质高度可调的能带结构并观测到整数量子霍尔效应。这一工作发表在《》杂志上，李听昕和姜生伟是文章的共同第一作者。那些研究工作也为进一步在二维材料莫尔超晶格系统中找寻分数量子反常霍尔效应奠定了基础。
石墨烯材料本身具有一些特别有趣的化学性质，但当两层石墨烯放到一起并旋转一个特定角度（后来称之为魔角）时，会出现新的周期性结构，即莫尔超晶格。这些莫尔超晶格才能极大地改变材料的能带结构及其化学性质。为此，魔角石墨烯在零磁场下诠释出许多普通石墨烯不存在的性质。
李听昕介绍说，她们团队（实验）与法国密西西比学院张阳团队（理论）合作，设计制备了新型拐角MoTe2莫尔超晶格元件，通过举办热学输运实验，直接观测到分数量子反常霍尔效应存在的确凿证据。
“在研究过程中，我们面临了众多挑战和困难。归国后，我们发觉该领域的国际竞争异常激烈，几个月内，各个研究团队就开始不断涌现出各类研究成果。为了捉住这个机会，我们一方面要在科学上做到严谨确切，另一方面还要保证一定的研究速率。这对我们团队以及我们的中学生来说都是一个巨大的挑战。当时国际上同期两个独立实验工作之一，另一实验工作由英国芝加哥学院Xu研究团队完成，她们大概比我们发表论文提早了一周。”李听昕表示，令人惋惜的是反常霍尔效应，她们的团队、两位指导老师以及中学生们都付出了特别坚苦的努力，最终在国际上也率先发表了这一成果。
李听昕和刘晓雪
此外，论文发表在“物理学评论X”（X13,(2023)）上，并被编辑以in方式重点推荐；出版的“news&views”评论文章觉得两项研究工作为分数量子反常霍尔效应提供了确定性的证据（-gun）。该项成果得到了审稿人的高度评价，被觉得是领域内的突破性进展，且原创的新型元件制备方式为后续一系列围绕分数量子反常霍尔效应的研究铺平了公路。该研究开启了零磁场条件下研究分数电荷迸发、任意子统计等新奇物性的房门，为拓扑量子估算等研究提供了新的可能和机遇。
李听昕解释说，量子估算作为下一代估算技术深受瞩目，但目前仍存在量子比特保真度的问题。拓扑量子估算是从化学原理上解决保真度的问题，从理论上十分出众。但是，目前这一领域还逗留在理论上反常霍尔效应，须要更多的研究和实验验证。“如果能作出拓扑量子比特，无论可否实用，在数学学上都将具有重要意义。未来，随着更多的研究和资金投入，拓扑量子估算有望成为现实。”
文、图/北京晚报·新花城记者：陈庆辉