趙偉 摘編

中國科學技術大學喬振華課題組與南方科技大學張立源課題組等合作，首次在毫米級的碲化鋯材料上觀測到三維量子霍爾效應，研究成果日前發(fā)表在《自然》上。

霍爾效應描述了當磁場加載到金屬和半導體上時電力與磁力之間的一種相互關系。1879年發(fā)現的霍爾效應這一基礎理論對半導體行業(yè)意義深遠，因為它是二極管發(fā)明的重要前提。1980年，德國科學家馮·克利青首次在二維體系里發(fā)現了量子霍爾效應，改變了傳統(tǒng)學界對物態(tài)和相變的理解，并把拓撲概念引入到物理學研究中。

能否在三維體系中也觀測到量子霍爾效應？1987年，哈佛大學教授伯特蘭·霍爾珀林從理論上預言了三維體系存在量子霍爾效應，并給出了它的測量特征。然而，要觀測到三維量子霍爾效應，必須把電子態(tài)調控到量子極限區(qū)域，這對測量磁場條件或材料體系的要求異常苛刻，幾十年來，科學界一直未有確鑿的觀測證據。

碲化鋯是一種三維層狀結構的新型材料，具有特殊的熱電性質和反常的電阻對溫度的依賴關系。近年來，全世界眾多實驗室在制備該材料，并希望通過多種不同手段進行探測確定其物理特性。從2014年起，張立源團隊開始嘗試實驗研究該體系，希望在拓撲性質研究上有所收獲，卻意外發(fā)現碲化鋯是研究三維體系的理想材料。2017年初，從事相同方向理論研究的喬振華團隊與張立源團隊開始密切合作，測試分析了難以計數的樣品，終于在該三維宏觀材料上觀測到量子霍爾效應。

此次在毫米級的宏觀尺度上實現三維量子霍爾效應，補全了霍爾效應家族一個重要拼圖。豐富多彩的三維體系，將為霍爾效應家族的發(fā)展提供全新的領域和視角。美國國家科學院院士文小剛對該發(fā)現給予高度評價：“給了我們一個新的材料體系，其中也能產生拓撲序?！保ㄚw偉摘編自《中國科學報》2019年5月16日第1版，作者：楊保國）