新華網(wǎng)北京4月11日電(記者吳晶晶、李江濤)我國科學(xué)家在國際上首次發(fā)現(xiàn)量子反?;魻栃?yīng),被著名物理學(xué)家楊振寧教授譽為“諾貝爾獎級”的科研成果。什么是量子反?;魻栃?yīng)?它的發(fā)現(xiàn)有什么重大意義?
要了解量子反常霍爾效應(yīng),必須先認(rèn)識量子霍爾效應(yīng)。舉一個簡單的例子,我們使用計算機的時候,會遇到計算機發(fā)熱、能量損耗、速度變慢等問題。這是因為常態(tài)下芯片中的電子運動沒有特定的軌道,相互碰撞從而發(fā)生能量損耗。
“量子霍爾效應(yīng)則可以對電子的運動制定一個規(guī)則,讓它們在各自的跑道上前進(jìn),就好比一輛高級跑車,常態(tài)下是在擁擠的農(nóng)貿(mào)市場里前進(jìn),而在量子霍爾效應(yīng)下,則可以在沒有干擾的高速路上前進(jìn)?!鼻迦A大學(xué)薛其坤院士形象地說。
量子霍爾效應(yīng)能解決電子碰撞發(fā)熱的問題,因而在未來的量子計算、量子信息存儲方面具有巨大的應(yīng)用潛力,據(jù)此設(shè)計新一代大規(guī)模集成電路和元器件,將會具有極低的能耗。
然而,量子霍爾效應(yīng)的產(chǎn)生需要非常強的磁場,不但價格昂貴,而且體積相當(dāng)于一個衣柜那么大,不適合個人電腦和便攜式計算機。“而量子反?;魻栃?yīng)的美妙之處是不需要任何外加磁場,在零磁場中就可以實現(xiàn)量子霍爾態(tài),更容易應(yīng)用到人們?nèi)粘K璧碾娮悠骷小!毖ζ淅ふf。
科學(xué)家表示,量子反常霍爾效應(yīng)有可能推動新一代低能耗晶體管和電子學(xué)器件發(fā)展,通過密度集成,將來計算機的體積也將大大縮小,即使千億次的超級計算機都有望做成現(xiàn)在的平板電腦那么大。
在凝聚態(tài)物理中,量子霍爾效應(yīng)占據(jù)著極其重要的地位。整數(shù)量子霍爾效應(yīng)和分?jǐn)?shù)量子霍爾效應(yīng)的實驗發(fā)現(xiàn)分別于1985年和1998年獲得諾貝爾物理學(xué)獎。 這次由薛其坤院士領(lǐng)銜、清華大學(xué)和中科院物理研究所聯(lián)合團隊首次在實驗上觀測到的量子反?;魻栃?yīng),被認(rèn)為可能是量子霍爾效應(yīng)家族最后一個有待實驗發(fā)現(xiàn)的成員。
“量子反?;魻栃?yīng)的發(fā)現(xiàn)可能帶來下一次信息技術(shù)革命,中國科學(xué)家為國家爭奪了未來信息革命的戰(zhàn)略制高點?!蓖?fù)浣^緣體領(lǐng)域的開創(chuàng)者之一、清華大學(xué)“千人計劃”教授張首晟說。