清（qīng）華大學和中國科學（xué）院（yuàn）物理研究所今天在北京（jīng）聯合（hé）宣布：由雙方聯合組成（chéng）的實驗團隊在量子反常霍爾效（xiào）應研究中取（qǔ）得重大突破，在磁性摻雜的拓撲絕緣體薄膜中，首次（cì）觀測到量子反常霍爾效應。相關論文已於近日在《科學》雜誌發表。今天，有關專家首次披露了（le）研究與合作（zuò）的細（xì）節（jiē），而諾貝（bèi）爾獎獲得者楊振寧也高度評價了這一成果（guǒ）。

      霍爾效應和反（fǎn）常霍爾效應是130多年前由美國物理學家霍爾發現（xiàn）的。1980年和1982年，德（dé）、美科學家先後發現整（zhěng）數量（liàng）子霍爾效應和分數量子霍爾效應，並分（fèn）別獲得（dé）諾貝爾（ěr）物理獎。領銜實驗的清華大學薛其坤院士說：“物理學（xué）家們認為量子霍爾效應家（jiā）族中也應該存在量子反常霍（huò）爾效應。但如何使其現身並在實驗上觀測到它，成為近些年凝（níng）聚態（tài）物理學家探索（suǒ）的難題之一。”

      據介紹（shào），2006年，美（měi）國斯坦福大（dà）學/清華大學張首晟教授領導的理論組（zǔ）成（chéng）功地預言了（le）二（èr）維（wéi）拓撲絕緣體中的量子自旋霍（huò）爾效應，並於2008年提出了在拓撲絕緣體中引入磁（cí）性實現量子反常（cháng）霍爾效應的可能性。2010年，中科院物理所方忠、戴希研究員（yuán）等與（yǔ）張首晟教授合作，預言了Cr或（huò）Fe摻雜的Bi2Se3、Bi2Te3和Sb2Te3族（zú）三維拓（tuò）撲絕（jué）緣體薄膜是實（shí）現量子反常霍爾效應的最佳（jiā）體係。薛其坤說，要在實驗上實現反常霍爾效（xiào）應（yīng）的量（liàng）子化，需要拓撲絕緣體（tǐ）材料同（tóng）時滿足三項非常苛刻的條件：材料的（de）能帶結構必須具有拓撲特性從而具有導電（diàn）的（de）一維邊（biān）緣態；材（cái）料必（bì）須具有長程鐵磁序從而存在反常（cháng）霍爾效應；材料的體內必須為絕緣態從而對導電沒有任何貢獻。在實際材料中，實現以上任何一點都具有相當大的難（nán）度，而要同時滿足（zú）這三點（diǎn）對實驗（yàn）物理學家來講更是一（yī）個（gè）巨大（dà）的挑戰，德國、日本、美國的科學家由於無法（fǎ）在材料中同時滿足這三（sān）點（diǎn）而未取得最後的成功。

      清（qīng）華大學和中科院物理研究所的研究人員，密（mì）切合作，協（xié）同創新，從2009年開始向量子反常霍爾（ěr）效應的實驗發起衝（chōng）擊。4年來（lái），團（tuán）隊生長和測量了超過1000個樣（yàng）品，克服（fú）了重重障礙，一步步實現了對磁（cí）性摻雜拓（tuò）撲（pū）絕（jué）緣體高質量薄膜的生長、表麵（miàn）電子態的觀測、特別是對其電子結構（gòu）、磁有序態和能帶拓撲結構的精密調控，終於在2012年10月（yuè）觀測到了量子反常霍爾效應，也證實了此前中科院物理研（yán）究所與斯坦福大學理論團隊的預言（yán）。

      專家指出，量子反常霍爾效應之（zhī）所以備受（shòu）國際科技界重視，一個重要原因是它可能在未來電子器件（jiàn）中發揮（huī）特殊的（de）作用，可（kě）以用於製備低能耗的高速電子器件。假如能把量子霍爾效應引入（rù）計（jì）算機芯片，將會克服電（diàn）腦的發熱和能量耗散問（wèn）題。但這還有很長的路要走。

      諾貝（bèi）爾獎獲（huò）得者楊振寧參（cān）加了今天的新（xīn）聞發布會。他（tā）說（shuō），發現量子反常霍爾效應這篇論（lùn）文，是從中國（guó）實驗室做（zuò）出的、具（jù）有諾貝爾獎級的物理學的論文。“這不隻是清華（huá）大學和中科院的喜事兒，也（yě）是整個國家發展的大喜事兒。”