量子反常霍尔效应获2018国家自然科学一等奖 它到底有多牛？

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1月8日上午，2018年度国家科学技术奖励大会隆重召开。国家自然科学奖一等奖为薛其坤院士团队完成的'量子反常霍尔效应的实验发现'。

量子霍尔效应是整个凝聚态物理领域最重要、最基本的量子效应之一。它是一种典型的宏观量子效应，是微观电子世界的量子行为在宏观尺度上的一个完美体现。量子霍尔效应在凝聚态物理的研究中占据着极其重要的地位。它就像一个富矿，一代又一代科学家为之着迷和献身，他们的成就也多次获得诺贝尔物理奖。然而，在量子霍尔效应家族里还有一个不需要外加磁场的量子霍尔效应——'量子反常霍尔效应'。

2013年3月14日，美国《科学》杂志在线发表了一项研究成果，中科院物理所和清华大学物理系组成的团队合作攻关，经过近4年的研究，利用分子束外延方法，生长出了高质量的Cr掺杂(Bi,Sb)2Te3拓扑绝缘体磁性薄膜，并在极低温输运测量装置上成功观测到了量子反常霍尔效应，引起了物理学界巨大反响。著名物理学家、诺贝尔奖得主杨振宁称赞其是诺贝尔奖级的成绩。

△2013年4月12日《科学》杂志在'展望'栏目刊登美国新泽西州立大学物理与天文系教授Seongshik Oh题为'完整的量子霍尔家族三重奏'的文章，对实验发现量子反常霍尔效应等进行评述。（图片来源：science）

那么，什么是量子反常霍尔效应？对它的研究为什么引起世界各国科学家的兴趣？它的发现有什么重大意义？

电子一般以无规则运动的状态存在于大自然中，因此电流在传输中会存在能量损耗的现象，而霍尔效应可以成功地约束电子的乱跑乱窜，将电子限制在一侧流动。 然而，科学家研究发现，在一种特殊的、磁性掺杂的拓扑绝缘体中，即使不加外磁场也可以观测到霍尔效应，这种零磁场中的霍尔效应就是反常霍尔效应。

上述成果里提到的拓扑绝缘体是一类神奇的物质，它长着绝缘体的心，却披着一身导体的皮。它有着优异的性能，可能会对当今的电子技术带来革命性的影响，尤其是量子反常霍尔效应的发现，使其应用前景十分诱人。