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量子反常霍尔效应:中国实验室里做出来的“诺奖级成果”

2019-12-04 点击:1425

新华社北京1月8日电:量子异常霍尔效应:中国实验室取得的“诺贝尔奖级成就

新华社记者陈芳、胡哲和京淮桥

来自中国实验室的报道,在铁基超导、多光子纠缠和中微子振荡之后,中国物理取得了突破性进展 1月8日,清华大学以清华大学教授和中国科学院薛启坤院士为首,中国科学院物理研究所实验团队因在量子反常霍尔效应方面的突破性成果获得2018年国家自然科学奖一等奖。

世界第一发现:中国实验室世界级基础研究原创成果

“量子异常霍尔效应”当这个名字第一次被听到时,许多人会感到困惑 然而,当一个人进入这个自由王国时,他会发现一座非常不同的摩天大楼。 由于薛启坤团队的发现,中国标志着这座建筑的新高度。

微观世界的运作受量子力学定律支配,这将显示出一种与宏观世界完全不同的现象。 霍尔效应是一种常见的电磁现象,广泛应用于磁传感器和半导体行业 那么当量子反常霍尔效应出现时,它会产生什么魔力呢?

科学家认为量子反常霍尔效应最奇妙的地方是“电子的量子霍尔状态可以在没有任何外部磁场的情况下实现。” 因此,这一研究成果将促进新一代低能量晶体管和电子器件的发展,并可能加速信息技术革命的进程。

据介绍,量子反常霍尔效应可以改变电子的运动轨迹,使它们像汽车在高速公路上行驶一样有序,减少中间障碍物,减少电子运动中的能量损失。

这个发现已经被转化和应用。对一般公众来说,最直接的影响是它可以解决供暖、快速耗电和手机或电脑运行缓慢的问题。

自从美国物理学家在1988年提出可能存在不需要外部磁场的量子霍尔效应以来,物理学家们不断发表各种方案,但实验没有取得实质性进展。 2008年,薛启坤带领一个团队进入这个领域。经过四年的研究,量子反常霍尔效应终于在世界上首次被观测到。

这是近年来世界物理学界最重要的实验发展之一,引领着国际学术方向。 这一发现发表在美国杂志《科学》上后,诺贝尔奖获得者杨振宁说:“这是中国实验室首次发表诺贝尔物理学奖论文!”

创新的实验方法:学术道路的每一步都是有意义的。

薛启坤,来自沂蒙山区,个子矮,口音重,简单有趣。 奋斗和坚持是王雅玉、何克、马旭村、李露等团队成员在科学道路上的人生信条。

薛启坤研究团队长期以来将分子束外延生长、超低温强磁场扫描隧道显微术和角度分辨光电子光谱学结合在一起,使其在表面、界面和低维物理领域达到世界一流水平。

2008年,薛启坤研究团队抓住拓扑绝缘体新领域崛起的机遇,率先建立了全球拓扑绝缘体薄膜的生长动力学机制,利用分子束外延生长出全球最高质量的样品。 所提出的生长方法现已成为世界上制备拓扑绝缘体样品的常用方法。

在此基础上,他们利用扫描隧道显微镜揭示了拓扑保护和拓扑绝缘体表面态朗道量子化的独特性质 研究团队和国内相关科学家的努力使中国在拓扑绝缘体领域处于国际领先地位。

“这是过去20年左右凝聚态物理和物质物理中最具挑战性的实验之一。 薛启坤坦言,实验的难度在于目标的不确定性,“我们想要获得的材料就像一个人,不仅需要短跑运动员的速度,还需要举重运动员的力量,甚至花样滑冰运动员的技能。"

“我们的实验结果已经被科学界反复验证,量子反常霍尔效应实验经受住了历史的考验。 薛启坤说:“如果你想发现别人在科学原创中看不到或找不到的东西,你必须拥有更明亮的眼睛和更高的分辨率以及你使用的仪器和工具的灵敏度。 "

量子反常霍尔效应和高温超导性是物理学中两个最热门的话题 薛启坤已经完成了前者,下一步将走向后者。 他坦率地说,这是一次全新的尝试:“在学术道路上,每向前迈一步都是有意义的。这就是科学的魅力。” ”

理解“物理学之美”:中国的基础科学研究正处于“黄金时代”

科学探索是无数次接近真理的过程 现在薛启坤已经越来越深刻地理解了“物理之美” 他相信他的生活每天都在回答为什么,而找到谜底的过程让他快乐。

“我们的成就与过去40年改革开放的成就密不可分。 薛启坤说,量子反常霍尔效应的发现是改革开放40年来中国基础研究的一项重大成就。基础和保证是日益强大的国力、健全完善的科技政策、科学系统的科技规划和振奋人心的创新氛围。

发现量子霍尔反常效应小组的五个主要完成者,平均年龄为48岁,目标是相同的主要科学目标,各有优势但相对独立。单位科研团队成员形成了高效的合作,其深度和持久性在国内外都很少见。

人类的生命转瞬即逝,物质会随着时间而消失。只有不朽的知识照耀在历史的长河中 团队成员说:“中国的基础科学研究正处于黄金时代,很高兴成为这个时代的奋斗者。” "

薛启坤认为,创新人才必须能够坐以待毙,忍受孤独,不断突破基础研究和原始创新,巩固国家核心竞争力的基石

“我们是党和国家培养的科学家 新时代给我们提供了更好的机会。我们必须履行我们的使命,努力为国家的力量、人民的幸福和科学探索做出新的贡献。 “薛启坤和他的同事们都充满了野心

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