三维量子霍尔效应实验，量子霍尔效应 知乎

《Nature》:堆叠石墨烯中奇怪的新电子行为让物理学家兴奋不已

堆叠石墨烯中观测到分数量子反常霍尔效应（FQAHE），揭示电子行为新规律。这一发现由麻省理工学院（MIT）团队主导，通过将五层石墨烯夹在氮化硼片之间实现，相关成果于2024年2月发表，并在3月美国物理学会（APS）会议上引发广泛讨论。

在材料科学的璀璨星河中，一位来自四川成都的“天才少年”曹原，以他卓越的科研成就和非凡的智慧，照亮了石墨烯研究领域的新篇章。短短3年内，他在顶级期刊《Nature》上发表了6篇重量级论文，揭示了魔角石墨烯的诸多神秘面纱，为凝聚态物理领域带来了革命性的突破。

麻省理工学院科学家在单层石墨烯中首次直接观察到Floquet–Bloch态，相关成果发表于《Nature Physics》。

尽管摩尔条纹给电子显示和拍摄带来不小麻烦，科学家却想到了利用二维材料中的摩尔条纹去观察新的物理现象。只需要将窗纱换成晶格接近或者相同的两层二维材料，并且小角度堆叠在一起，便可以构筑二维的微观摩尔条纹，即二维摩尔超晶格(曹原便是将窗纱换成了两层石墨烯，两层石墨烯间旋转约1°)。

研究背景与前期成果曹原因发现魔角双层石墨烯的超导效应而闻名。2018年，他以第一作者身份在《Nature》连发两篇论文，揭示当两层平行石墨烯堆叠成约1°的“魔角”时，可引发超导效应，开辟了凝聚态物理新领域。

在发表于《Nature Communications》的研究中，科学家揭示了石墨烯中Kekulé涡旋的新物理机制，发现其由化学吸附氢原子引发的谷间散射产生，并证实点缺陷是调控石墨烯电子结构的关键构建块。

浅谈量子霍尔效应

量子霍尔效应是20世纪以来凝聚态物理领域最重要的科学发现之一，指在特定条件下（强磁场、超低温或材料自发磁化）二维电子气系统中霍尔电阻呈现量子化平台的现象，其发现完善过程推动了低能耗电子器件的发展。

量子霍尔效应是一种在二维材料中出现的特殊物理现象，描述了当二维材料受到强磁场作用时，电子的行为会发生变化，从而产生特殊的电学和光学性质。以下是关于量子霍尔效应的几个关键理解点：本质特征：量子化运动：量子霍尔效应的本质是电子在强磁场作用下的量子化运动。

量子霍尔效应是一类在强磁场和低温条件下，二维电子气系统中观察到的量子化电导现象，主要分为整数量子霍尔效应和分数量子霍尔效应两类。整数量子霍尔效应：当二维电子气处于强垂直磁场中时，电子在垂直磁场方向形成分立的朗道能级。

量子反常霍尔效应的研究过程

麻省理工学院物理系巨龙课题组在菱方堆叠的五层石墨烯和二硫化钨的异质结中观测到了量子反常霍尔效应，被观测到的量子霍尔电导对应的陈数为五，可在5开尔文以下温度区间观测到，此实验是量子反常霍尔效应在晶体石墨烯中的首次实现。

年，德国科学家冯·克利青发现整数量子霍尔效应，1982年，美国科学家崔琦和施特默发现分数量子霍尔效应，这两项成果分别于1985年和1998年获得诺贝尔物理学奖。

分数量子霍尔效应（FQHE）：在无序度更低的材料中，横向电阻出现电子电荷分数倍（如2/3/7）的台阶。电子通过量子纠缠形成“准粒子”，携带分数电荷，需强外部磁场维持。1982年首次发现后，成为凝聚态物理研究的核心问题之一。

量子反常霍尔效应：不同于前两者依赖外部磁场，量子反常霍尔效应由材料本身的自发磁化产生。2019年，薛其坤团队完成的实验发现被授予国家自然科学奖一等奖。该效应在零磁场中即可实现量子霍尔态，为低能耗电子器件的应用提供了可能。

石墨烯量子霍尔效应：在石墨烯中，当施加垂直平面的磁场时，可以观察到量子霍尔效应。而且，石墨烯的量子霍尔效应可以在室温下产生，这使得石墨烯成为研究室温下量子霍尔效应的重要材料。量子反常霍尔效应 定义：量子反常霍尔效应是一种特殊的量子霍尔效应，它发生在不需要外加磁场的条件下。

实验实现：在理论预测的基础上，实验探索不断跟进。2005年量子自旋霍尔效应的观测推动了拓扑绝缘体和超导体的研究，这为量子反常霍尔效应的实验实现提供了可能。最终在2007年，通过精确调控CdTeHgTe量子阱的材料结构，实现了量子反常霍尔效应。这一突破证明了材料的能带反转和铁磁性是实现QAHE的关键条件。

机理系列B之廿二:量子反常霍尔效应

量子反常霍尔效应是一种特殊的物理现象，它发生在电荷载子被局限在二维平面材料上，并且受到垂直该平面的磁场作用时。以下是对量子反常霍尔效应的详细解析：霍尔效应与量子霍尔效应 霍尔效应：当一个金属薄膜被通以电流，并施加一个垂直方向的磁场时，会在薄膜的横向方向产生一个电压，这个效应被称为霍尔效应。

量子反常霍尔效应是一种特殊的物理现象，它发生在二维平面材料上，并且与材料的磁性和电子结构密切相关。

如何评价南方科技大学第三任校长薛其坤院士?

1、薛其坤院士是南方科技大学的第三任校长，他的科研成果在凝聚态物理领域具有极高的影响力。他主要在量子霍尔效应领域进行研究，并成功实验验证了一系列重要现象。在2006年，薛其坤院士作为实验验证者之一，参与了自旋量子霍尔效应的研究，这一发现对量子霍尔效应的研究具有里程碑意义。

2、薛其坤院士还十分重视国际交流，鼓励学生积极参与国际学术会议，与世界各地的科学家交流。他说：“科学没有国界，我们的学生要有全球视野，要敢于在国际舞台上展示自己。

3、减少量化评价的改革释放了科研活力。担任南方科技大学校长后，他推动破除“唯论文、唯帽子”倾向，建立以学术贡献为核心的评价体系。这种改革让科研人员能更专注于长期目标，而非短期指标。硬件与软件保障构建了创新生态。

4、中国科学院院士、清华大学教授、南方科技大学校长薛其坤明确指出，在量子信息和高温超导这两个量子科学的重要领域，中国无论在人才的质量还是研究的水平方面，都处于世界第一梯队，达到国际一流水平。

5、薛其坤，作为南方科技大学的现任校长，他的学术生涯和个人经历充满了传奇色彩。他并非天才，却凭借积极的心态、坚强的性格以及持之以恒的努力，在科研道路上取得了卓越成就，最终在61岁时荣获国家最高科学技术奖。薛其坤1963年出生于山东蒙阴一个贫困的小村庄，家中兄弟姐妹众多，生活拮据。