中国航天技术科学家的故事

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