新華社合肥5月15日電（記者 徐海濤）霍爾效應(yīng)描述了當(dāng)磁場(chǎng)加載到金屬和半導(dǎo)體上時(shí)，電力與磁力之間的一種相互關(guān)系。近140年來(lái)，國(guó)際科學(xué)界相繼發(fā)現(xiàn)了霍爾效應(yīng)和量子霍爾效應(yīng)。近期，中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)喬振華課題組與南方科技大學(xué)張立源課題組等合作，首次在毫米級(jí)的碲化鋯材料上觀測(cè)到了三維量子霍爾效應(yīng)。

日前，國(guó)際學(xué)術(shù)期刊《自然》發(fā)表了該研究成果。“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)湫颉！泵绹?guó)國(guó)家科學(xué)院院士文小剛高度評(píng)價(jià)說(shuō)。

1879年，美國(guó)科學(xué)家埃德溫·霍爾在實(shí)驗(yàn)中首次發(fā)現(xiàn)了“霍爾效應(yīng)”，這對(duì)二極管的發(fā)明及半導(dǎo)體行業(yè)產(chǎn)生深遠(yuǎn)影響。1980年，德國(guó)科學(xué)家馮·克利青首次在二維體系里發(fā)現(xiàn)了量子霍爾效應(yīng)，改變了學(xué)界對(duì)物態(tài)和相變的理解，并把拓?fù)涞母拍钜氲轿锢韺W(xué)研究領(lǐng)域，他也因此獲得諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)。

能否在三維體系中也觀測(cè)到量子霍爾效應(yīng)？這對(duì)測(cè)量條件、材料體系的要求異常苛刻，幾十年來(lái)，科學(xué)界一直未能突破。

碲化鋯是一種具有特殊性質(zhì)的新材料，南方科大張立源團(tuán)隊(duì)從2014年起開(kāi)始研究，意外發(fā)現(xiàn)這是一種研究三維體系的理想材料。2017年初，從事相同研究方向的中國(guó)科大喬振華團(tuán)隊(duì)與張立源團(tuán)隊(duì)開(kāi)始合作，他們測(cè)試分析了大量來(lái)自國(guó)內(nèi)外科研機(jī)構(gòu)的樣品，終于在碲化鋯這種三維材料上觀測(cè)到了量子霍爾效應(yīng)。

據(jù)了解，自從1980年發(fā)現(xiàn)量子霍爾效應(yīng)后，學(xué)界把注意力集中在二維體系。這次發(fā)現(xiàn)的三維量子霍爾效應(yīng)，補(bǔ)全了霍爾效應(yīng)家族的一個(gè)重要拼圖。

“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。”喬振華說(shuō)。

140年前，埃德溫·霍爾教授還無(wú)法回答經(jīng)典霍爾效應(yīng)能做什么。如今，經(jīng)典霍爾效應(yīng)已走入大眾生活，廣泛應(yīng)用于汽車、家電、手機(jī)等產(chǎn)品。三維量子霍爾效應(yīng)未來(lái)會(huì)有什么樣的應(yīng)用？科學(xué)界將繼續(xù)尋求答案。（完）