我国首次实验验证三维量子霍尔效应

吴长锋

笔者从中国科学技术大学获悉，该校乔振华课题组与南方科技大学张立源课题组等合作，经过5年多的努力，首次在毫米级的碲化锆材料上观测到三维量子霍尔效应，研究成果近日发表在国际期刊《自然》上，引发学术圈关注。国际同行高度评价这一成果：“这一新的实验发现，给了我们一个新的材料体系，其中也能产生拓扑序。”

碲化锆是一种三维层状结构的新型材料，具有特殊的热电性质和反常的电阻对温度的依赖关系，在上世纪被广泛关注。近年来，全世界多个实验室各自制备该材料，并通过多种不同的手段进行探测，希望确定其物理特性。

从2014年起，南方科技大学张立源团队开始尝试实验研究该体系，希望在拓扑性质研究上有所斩获，却意外发现碲化锆也是研究三维体系的理想材料。2017年初，從事相同方向理论研究的中国科学技术大学乔振华团队与张立源团队开始密切合作，测试分析了难以计数的来自国内外著名研究机构的样品，终于在该三维宏观材料上观测到量子霍尔效应。

自1980年发现量子霍尔效应后，人们把注意力集中在二维体系里。这次在毫米级的宏观尺度上实现了三维量子霍尔效应，补全了霍尔效应家族一个重要的拼图。乔振华教授认为：“丰富多彩的三维体系，将吸引众多学者加入到新型的三维量子物态以及相变领域的研究之中，并为霍尔效应家族的发展提供一个全新的领域和视角。”