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我國首次發現量子反常霍爾效應 節能降耗有望登上新平臺
時間:2013/4/17 瀏覽次數:68366次
 

    就在記者采寫此稿時,筆記本電腦的風機正在呼呼地旋轉,并不停地往外排著熱氣。事實上,很多人幾乎每天都會遇到電腦運行慢、芯片發熱散熱、效率不高的問題。有沒有可能解決這些問題呢?
    清華大學今天(10日)召開新聞發布會宣布,由清華大學教授、中國科學院院士薛其坤領銜的中國團隊,已經首次在實驗中發現了“量子反常霍爾效應”,而這項研究成果一旦應用,就能克服電腦發熱和能量耗散的問題。
    “好比一輛車行駛在鬧市,開不起來,速度慢;但是如果能夠實現量子反常霍爾效應,車子就好象走在高速公路上,能夠各行其道,互不干擾。”薛其坤說,人們未來有可能利用這一研究成果,發展新一代的低能耗晶體管和電子學器件,從而推動信息技術的進步。
    據介紹,這項研究成果是國際上該領域的一項重要科學突破,其物理效應從理論研究到實驗觀測的全過程,均由中國科研團隊獨立完成。
    作為微觀電子世界的量子行為在宏觀尺度上的完美體現,量子霍爾效應一直在凝聚態物理研究中占據著極其重要的地位。
    項目組成員、中科院物理所副研究員何珂介紹,“量子反常霍爾效應是多年來凝聚態物理領域研究者努力追求的目標,在實驗上,這也是一個非常困難的重大挑戰。”
    據介紹,量子反常霍爾效應的實現非常困難,需要精準的材料設計、制備與調控。由于普通量子霍爾效應的產生需要用到非常強的磁場(通常需要的磁場強度是地磁場的幾萬倍甚至幾十萬倍),應用起來十分昂貴和困難;而且其體積龐大(衣柜大小)也不適合于個人電腦和便攜式計算機。
    1988年,美國物理學家霍爾丹提出可能存在不需要外磁場的量子霍爾效應,但是多年來一直未能找到能實現這一特殊量子效應的材料體系和具體物理途徑。
    自2009年起,清華大學薛其坤院士帶領團隊向量子反常霍爾效應的實驗實現發起沖擊。
    據介紹,4年來,該團隊測試了1000多個樣品,利用分子束外延的方法生長了高質量的磁性摻雜拓撲絕緣體薄膜,將其制備成輸運器件并在極低溫環境下對其磁電阻和反常霍爾效應進行了精密測量。
    終于,研究團隊在磁性摻雜的拓撲絕緣體薄膜中,從實驗上首次觀測到量子反常霍爾效應。
    不過,要滿足量子化的反常霍爾效應,需要材料滿足特別苛刻的要求。項目組成員、清華大學教授王亞愚介紹,到目前為止,我們對最終實現量子反常霍爾效應的眾多因素還不是理解得很透徹,需要進一步深入研究。現在談應用還為時尚早。
    據了解,此項研究成果引起了國際上的廣泛興趣。《科學》雜志審稿人對此研究給出高度評價,稱其為“凝聚態物理界一項里程碑式的工作”,也被國外科學家視作“世界基礎研究領域的一項重要科學發現”。
    10日,著名物理學家、諾貝爾獎得主楊振寧也稱贊此項研究成果是“諾貝爾獎級的成績”。“獲諾貝爾獎的具體條件無法定義,但我相信99%在前沿物理學做研究的人,都會同意這是一個諾貝爾獎級的成果。”楊振寧說。
    在凝聚態物理領域,量子霍爾效應研究是一個非常重要的研究方向。發現整數量子霍爾效應與分數量子霍爾效應的科學家分別獲得1985年和1998年諾貝爾物理學獎。
 

來源:中國低碳網
 
 

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