实现量子反常霍尔效应
清华大学薛其坤院士领衔的团队2013年成功观测到“量子反常霍尔效应”,被杨振宁称为诺奖级的科研成果。“量子反常霍尔效应”的实现既是理论物理领域的突破,又具有极高的商用价值。量子霍尔效应是整个凝聚态物理领域最重要、最基本的量子效应之一。我们使用计算机的时候,会遇到计算机发热、能量损耗、速度变慢等问题。这是因为常态下芯片中的电子运动没有特定的轨道、相互碰撞从而发生能量损耗。而量子霍尔效应则可以对电子的运动制定一个规则,让它们在各自的跑道上“一往无前
”地前进,“这就好比一辆高级跑车,常态下是在拥挤的农贸市场上前进,而在量子霍尔效应下,则可以在‘各行其道、互不干扰’的高速路上前进。”
量子霍尔效应的产生需要非常强的磁场,而量子反常霍尔效应的美妙之处是不需要任何外加磁场,在零磁场中就可以实现量子霍尔态,更容易应用到人们日常所需的电子器件中。现代芯片处理器消耗约100瓦的功率,其中有约80%浪费在晶体管材料的能耗。量子反常霍尔效应可以解决电子设备的问题发热,让元器件集成密度大大提高,“上千亿次的计算机能够集成浓缩成一部Pad掌上电脑,或者迷你Pad,走进寻常百姓家,这完全有可能。”
量子反常霍尔效应的示意图:拓扑非平庸的能带结构产生具有手征性的边缘态,从而导致量子反常霍尔效应
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