中國發現量子反常霍爾效應 超級計算機變平板成可能

2021-06-19 09:18:11 字數 1081 閱讀 8015

量子反常霍爾效應,對普通人來說,拗口而晦澀。但在物理學家眼中,它「神奇」又「美妙」。因為它的發現可能帶來下一次資訊科技革命。採用這種技術設計積體電路和元器件,千億次的超級計算機有望做成平板電腦那麼大,智慧型手機的記憶體可能會提高上千倍。

首次從實驗中觀測到量子反常霍爾效應後,清華大學副校長薛其坤院士和他的團隊受到外界廣泛關注。

「我們正在努力提高觀測量子反常霍爾效應這一物理現象的溫度,希望能從原來的零下 273 攝氏度提公升至零下 269 攝氏度。」薛其坤在接受記者採訪時表示。半年多來,他們一直在為量子反常霍爾效應進一步深入研究和應用奮鬥著。薛其坤說:「零下 269 攝氏度是氦氣的液化溫度,是乙個標誌性溫度。比如醫院的 ct 工作時就是這個溫度。如果能實現這一目標,將為應用打下良好的基礎。」

凝聚態物理中,量子霍爾效應佔據著極其重要的地位。整數量子霍爾效應和分數量子霍爾效應的實驗發現分別於 1985 年和 1998 年獲得諾貝爾物理學獎。

但是量子霍爾效應的產生需要非常強的磁場,「相當於外加 10 個計算機大的磁鐵,這不但體積龐大,而且**昂貴,不適合個人電腦和可攜式計算機」,薛其坤說,量子反常霍爾效應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量子霍爾態,更容易應用到人們日常所需的電子器件中。

「這就如同要求乙個運動員同時具有劉翔的速度、姚明的高度和郭晶晶的靈巧度。在實際的材料中實現以上任何一點都具有相當大的難度,而要同時滿足這三點對實驗物理學家來講是乙個巨大的挑戰。」課題組成員、清華大學教授王亞愚這樣描述實驗對材料要求的苛刻程度。

薛其坤團隊經過近 4 年研究,生長測量了 1000 多個樣品。最終,他們利用分子束外延方法,生長出了高質量的 cr 摻雜(bi,sb)2te3 拓撲絕緣體磁性薄膜,並在極低溫輸運測量裝置上成功觀測到了量子反常霍爾效應。

對於外界的關注,薛其坤說:「國家越來越重視基礎科學研究,我們備受鼓舞。任何乙個現象從原理性的發現走到應用,都需要不同領域的科學家和工業界的共同努力。」至於何時能把超級計算機變成平板電腦大小,薛其坤嚴謹地表示:「這在原理上是可實現的,但需要溫度和材料方面都要有重大突破。量子反常霍爾效應的應用潛力非常大,但是將來能不能走向應用,什麼時候能應用,是很難預期的。也可能會出現乙個意想不到的、更重要的應用。我們將與更多人合作將這個領域研究成果發揚光大,推動它向著應用方向發展。」

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