三维量子霍尔效应

原标题：重大突破！复旦大学：首次观测到三维量子霍尔效应

复旦大学物理学系修发贤课题组在拓扑半金属砷化镉纳米片中观测到了由外尔轨道形成的新型三维量子霍尔效应的直接证据，迈出了从二维到三维的关键一步。

北京时间12月18日零点，相关研究成果以《砷化镉中基于外尔轨道的量子霍尔效应》（“Quantum Hall effect based on Weyl orbits inCd3As2”）为题在线发表于《自然》（Nature， DOI：10.1038/s41586-018-0798-3。）

对于这次成果的诞生，修发贤觉得，在砷化镉的研究方面，这才刚刚开始。“这是一个作品，我们第一次提出了新的机制，也得到了认可。但还有可以深挖的，还有更具体的东西，我想得继续做细做好。这次我们发现了三维量子霍尔效应，为今后的进一步科研探索提供一定的实验基础。另外，在应用方面这个材料体系具有非常高的迁移率，电子的传输和响应很快，可以在红外探测、电子自旋方面做一些原型器件。

课题背景

量子霍尔效应是20世纪以来凝聚态物理领域最重要的科学发现之一，迄今已有四个诺贝尔奖与其直接相关。

但一百多年来，科学家们对量子霍尔效应的研究仍停留于二维体系，从未涉足三维领域。

早在130多年前，美国物理学家霍尔就发现，对通电的导体加上垂直于电流方向的磁场，电子的运动轨迹将发生偏转，在导体的纵向方向产生电压，这个电磁现象就是“霍尔效应”。如果将电子限制在二维平面内，在强大的磁场作用下，电子的运动可以在导体边缘做一维运动，变得“讲规则”“守秩序”。

但以往的实验证明，量子霍尔效应只会在二维或者准二维体系中发生。“比如说这间屋子，除了上表面、下表面，中间还存在一个空间。”修发贤用手上下比划着。人们知道，在“天花板”或者“地面”上，电子可以沿着“边界线”有条不紊的做着规则运动，一列朝前，一列向后，像是两列在各自轨道上疾驰的列车。那么，在立体空间中呢？