薛其坤首获“中国诺贝尔奖”！他研究的量子反常霍尔效应有多反常？

原创 2016-09-19 中国科普博览 中国科普博览

制作：中国科普博览

成立于2016年年初的未来科学大奖，今天首次揭晓两位获奖者，其中，物质科学奖得主是清华大学教授薛其坤。他将获得100万美元奖金。

▲薛其坤教授。来源：清华大学官网

100万美元，可以在北京买套房了。

可以对比下诺奖的奖金。莫言获2012年度诺贝尔文学奖，奖金约114万美元；屠呦呦获2015年诺贝尔医学或生理学奖，得到了一半奖金，约46万美元（诺奖奖金缩水后，总奖金约92万美元，屠呦呦得到一半，另外两名科学家将共享奖金的另一半）。

书中自有黄金屋啊！

薛其坤教授的获奖理由是：

奖励他在利用分子束外延技术发现量子反常霍尔效应和单层铁硒超导等新奇量子效应方面做出的开拓性工作。

但是！有多少人跟小编一样，连念都念不好这些新奇的量子效应？

尤其是第一个：量子反常霍尔效应。

量子？我似乎是听过，前段时间不刚发射了一个量子通信卫星嘛。

反常？嗯，这个词我也懂，最近天气很反常。

霍尔？我知道有位游泳选手叫霍顿……

连起来？我不明白啊！

晚上怎么和朋友聊这个100万美元的“中国诺贝尔奖”？

别慌……视频看起来！

普通导体中的电子运动：

在普通导体中，电子的运动杂乱无章，不断发生碰撞。当在两端加上电极之后，电子就会形成一个横向漂移的稳定电流。

一定条件下（加上外磁场，或极低温），普通导体中的量子霍尔效应：

如果在垂直于电流方向加上外磁场，平面材料里的电子由于受到洛伦兹力的作用，会在导体一边积累电荷，最终会达到平衡形成稳定的霍尔电压。

当外场足够强，温度足够低时，导体中间的电子会在原地打圈，然而会在边界上形成不易被外界干扰的导电通道，即量子霍尔效应。

一定条件下（加上外磁场，或极低温），不普通导体（拓扑绝缘体）中的量子反常霍尔效应：

最近的"明星"材料拓扑绝缘体,其本身就是内部绝缘，表面导电的拓扑材料，这些表面导电通道不受表面形貌，非磁杂质等的影响，所以是一个很好的一维导体。

如果在其中掺入磁性原子形成长程铁磁序，这样无需外加磁场，从而形成稳定的基本没有耗散的反常的量子霍尔效应，它的应用将会为半导体工业带来又一次革命。

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