我國首次實驗驗證三維量子霍爾效應

吳長鋒

筆者從中國科學技術大學獲悉，該校喬振華課題組與南方科技大學張立源課題組等合作，經過5年多的努力，首次在毫米級的碲化鋯材料上觀測到三維量子霍爾效應，研究成果近日發表在國際期刊《自然》上，引發學術圈關注。國際同行高度評價這一成果：“這一新的實驗發現，給了我們一個新的材料體系，其中也能產生拓撲序。”

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，在上世紀被廣泛關注。近年來，全世界多個實驗室各自制備該材料，并通過多種不同的手段進行探測，希望確定其物理特性。

從2014年起，南方科技大學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斬獲，卻意外發現碲化鋯也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中國科學技術大學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來自國內外著名研究機構的樣品，終于在該三維宏觀材料上觀測到量子霍爾效應。

自1980年發現量子霍爾效應后，人們把注意力集中在二維體系里。這次在毫米級的宏觀尺度上實現了三維量子霍爾效應，補全了霍爾效應家族一個重要的拼圖。喬振華教授認為：“豐富多彩的三維體系，將吸引眾多學者加入到新型的三維量子物態以及相變領域的研究之中，并為霍爾效應家族的發展提供一個全新的領域和視角。”