三维量子霍尔效应

三维量子霍尔效应

驴拉磨都见过吧？从某个方面（不严格地）说，量子霍尔效应就是让固体中到处乱跑的电子，开始像驴一样拉磨转圈。你想想看，电子那么小，在固体中，影响电子运动的粒子那么多，它凭什么按照你的意志乖乖地原地转圈呢？首先，要加上电压，让它动起来，形成电流；其次，再在垂直的方向加上磁场，让它不要直着走，而是边走边拐弯，最终走出一个闭合的圆圈。圆圈是一个二维图形，我们凭直接就可以猜出来，要想让电子乖乖转圈，就得限制它不要上下乱跑，而是只能在一个平面内跑。当然，量子力学的计算结果也是如此。于是，科学家通常认为，只有把固体压成很薄的薄片，变成一种二维材料，才有可能实现量子霍尔效应。复旦大学物理学家修发贤及其团队近日在《自然》杂志发表文章，宣称他们发现了三维的量子霍尔效应。沿用之前的比方，这就好比驴长了翅膀，可以随便飞，但是它一边飞一边转圈，飞出了一个闭合的圆圈。这么一想，我们就会感到非常不可思议。驴都会飞了，忽高忽低的，咋还能转圈呢？修发贤及其团队发现在他们的实验中，会飞的驴处于一种有点儿纠结的状态。它不是自由自在地飞，而是先是飞到三维固体的上表面拉半圈磨，再飞到其下表面拉剩下半圈磨，最后由两个半圈和两条“直线”形成了一条闭合的路径。这种奇怪的路径跟量子力学有关，咱们就不深究了。总而言之，物理学家第一次发现电子在三维空间中仍然可以实现量子霍尔效应。这就跟生活在热带的原始人发现水居然还能变成固体一样，暂时不知道有啥用，但是多研究研究以后肯定会发现巨大的用途。 什么是量子霍尔效应？