【行業(yè)新聞】“諾獎級成果”量子反常霍爾效應(yīng)，中國實驗室成果
從中國實驗室里，繼鐵基超導(dǎo)、多光子糾纏、中微子振蕩后，我國物理學(xué)再獲突破性進(jìn)展。1月8日，由清華大學(xué)教授、中國科學(xué)院院士薛其坤領(lǐng)銜的清華大學(xué)和中科院物理所實驗團(tuán)隊在量子反常霍爾效應(yīng)取得的突破性成果，獲得2018年度國家自然科學(xué)獎一等獎。
全球首次發(fā)現(xiàn)：中國實驗室里產(chǎn)生的世界級基礎(chǔ)研究原創(chuàng)成果
“量子反常霍爾效應(yīng)”——當(dāng)?shù)谝淮温犝f這個名字，許多人都會一頭霧水。然而，走進(jìn)這座自由王國，人們會發(fā)現(xiàn)一棟截然不同的摩天大樓。因為薛其坤團(tuán)隊的發(fā)現(xiàn)，中國標(biāo)注了這座大樓的新高度。
微觀世界的運行由量子力學(xué)規(guī)律支配，會顯示完全不同于宏觀世界的現(xiàn)象?；魻栃?yīng)是一種常見的電磁現(xiàn)象，廣泛應(yīng)用于磁傳感器和半導(dǎo)體工業(yè)。那么當(dāng)量子反?；魻栃?yīng)出現(xiàn)，會產(chǎn)生怎樣的神奇？
科學(xué)家們認(rèn)為，量子反?；魻栃?yīng)的最美妙之處是“不需要任何外加磁場就可以實現(xiàn)電子的量子霍爾態(tài)”。因此，這項研究成果將會推動新一代的低能耗晶體管和電子學(xué)器件的發(fā)展，可能加速推進(jìn)信息技術(shù)革命的進(jìn)程。
據(jù)介紹，量子反?；魻栃?yīng)，可以改變電子的運動軌跡，使其像在高速公路上行駛的汽車一樣有序，減少了中間阻礙，降低了電子運動中的能量損耗。
這一發(fā)現(xiàn)經(jīng)轉(zhuǎn)化應(yīng)用，對普通大眾來說，最直接的影響就是有可能會解決手機或電腦發(fā)熱、耗電快、運行慢等問題。
自1988年美國物理學(xué)家提出可能存在不需要外磁場的量子霍爾效應(yīng)以來，不斷有物理學(xué)家發(fā)表各種方案，但在實驗上并沒有取得任何實質(zhì)性進(jìn)展。2008年，薛其坤率領(lǐng)團(tuán)隊開始進(jìn)入這一領(lǐng)域，經(jīng)過四年研究，終于在世界范圍內(nèi)首次觀測到量子反?；魻栃?yīng)。
這是世界物理學(xué)界近年來最重要的實驗進(jìn)展之一，引領(lǐng)了國際學(xué)術(shù)方向。這一發(fā)現(xiàn)的論文在美國《科學(xué)》雜志發(fā)表后，諾貝爾獎獲得者楊振寧稱：“這是從中國實驗室里，第一次發(fā)表出了諾貝爾獎級的物理學(xué)論文！”
創(chuàng)新實驗方法：學(xué)術(shù)道路前行每一步都有意義
從沂蒙山區(qū)走出來的薛其坤，個子不高、鄉(xiāng)音濃濃，樸實而風(fēng)趣。奮斗與執(zhí)著，是他和團(tuán)隊成員王亞愚、何珂、馬旭村、呂力等在科學(xué)之路上的人生信條。
薛其坤研究團(tuán)隊長期以來結(jié)合分子束外延生長、極低溫強磁場掃描隧道顯微鏡、角分辨光電子能譜技術(shù)，在表面、界面、低維物理學(xué)領(lǐng)域做出了國際一流的工作。
2008年，薛其坤研究團(tuán)隊抓住拓?fù)浣^緣體這個新領(lǐng)域興起的契機，在國際上率先建立了拓?fù)浣^緣體薄膜的生長動力學(xué)機制，利用分子束外延生長出國際最高質(zhì)量的樣品。所提出的生長方法現(xiàn)已成為國際上通用的拓?fù)浣^緣體樣品制備方法。
在此基礎(chǔ)上，他們利用掃描隧道顯微鏡揭示出拓?fù)浣^緣體表面態(tài)的拓?fù)浔Ｗo(hù)性和朗道量子化等獨特性質(zhì)。該研究團(tuán)隊與國內(nèi)相關(guān)科學(xué)家的努力使得中國在拓?fù)浣^緣體領(lǐng)域研究中處于國際領(lǐng)先行列。
“這是過去二十多年來凝聚態(tài)物理和材料物理領(lǐng)域，最具挑戰(zhàn)性的實驗之一?！毖ζ淅ぬ寡裕瑢嶒灥碾y度在于目標(biāo)的不確定性，“我們所要實現(xiàn)的材料就像一個人既需要短跑運動員的速度、又要有舉重運動員的力量、更要有花樣滑冰運動員的技巧”。
“我們的實驗結(jié)果得到了科學(xué)界的重復(fù)驗證，量子反?；魻栃?yīng)的實驗經(jīng)受住了歷史的考驗?！毖ζ淅ふf，“想在科學(xué)原創(chuàng)上發(fā)現(xiàn)別人看不到、發(fā)現(xiàn)不了的東西，肯定你的眼睛要更亮，你使用的儀器工具分辨率、靈敏度必須要更高?！?/span>
量子反?；魻栃?yīng)和高溫超導(dǎo)是物理學(xué)界最熱門的兩個課題。薛其坤已經(jīng)完成了前者，下一步將朝著后者進(jìn)發(fā)。他坦言這是一次嶄新的嘗試：“在學(xué)術(shù)的道路，前行的每一步都有意義，這就是科學(xué)的魅力?！?/span>
理解“物理之美”：中國基礎(chǔ)科研正處“黃金時代”
科學(xué)探索就是無數(shù)次接近真理的過程。現(xiàn)在的薛其坤，越來越深刻地理解了“物理之美”。他認(rèn)為，自己的生活每天就是回答為什么，探尋謎底的過程讓他樂此不疲。
“我們的成果與改革開放40年來取得的成就密不可分?！毖ζ淅ふf，量子反?；魻栃?yīng)的發(fā)現(xiàn)是改革開放40年間我國在基礎(chǔ)研究上的一個重大成果，日益強大的國力、良好完善的科技政策、科學(xué)系統(tǒng)的科技規(guī)劃、催人奮進(jìn)的創(chuàng)新氛圍是基礎(chǔ)和保障。
發(fā)現(xiàn)量子霍爾反常效應(yīng)團(tuán)隊的五位主要完成人，平均年齡48歲，他們瞄準(zhǔn)同一重大科學(xué)目標(biāo)，各有所長但相對獨立，單元科研團(tuán)隊的成員間形成了高效合作，其深度和持久性在國內(nèi)外也不多見。
人類的生命稍縱即逝，物質(zhì)也會隨著時間湮滅，唯有不朽的知識閃耀在歷史的長河里。團(tuán)隊成員們表示：“中國的基礎(chǔ)科研正處在一個黃金時代，能成為這個時代的奮斗者，倍感幸福。”
薛其坤認(rèn)為，必須讓創(chuàng)新人才坐得住冷板凳、耐得住寂寞，在基礎(chǔ)研究、原始創(chuàng)新上不斷突破，夯實國家核心競爭力的基石。
“我們是黨和國家培養(yǎng)起來的科學(xué)家。新時代為我們提供了更好的機遇，我們定要不負(fù)使命、努力奮斗，為國家強大、人民幸福和科學(xué)探索不斷做出新的貢獻(xiàn)?！毖ζ淅ず退耐聜儔阎緷M懷。
來源：新華網(wǎng)
