開啟下一次信息革命

2014-08-07 10:33 來源：http://www.elinglong.com/ 閱讀：次

　　既然量子霍爾效應(yīng)有這么大的意義，為什么始終得不到運(yùn)用？

開啟下一次信息革命

反常霍爾效應(yīng)

　　1880年，霍爾在研討磁性金屬的霍爾效應(yīng)時發(fā)明，即便不加外磁場也能夠觀測到霍爾效應(yīng)，這種零磁場中的霍爾效應(yīng)就是反常霍爾效應(yīng)。變態(tài)霍爾效應(yīng)與一般的霍爾效應(yīng)在實(shí)質(zhì)上完整不同，由于這里不存在外磁場對電子的洛倫茲力而發(fā)生的活動軌道偏轉(zhuǎn)。反常霍爾電導(dǎo)是因?yàn)橘Y料自身的自發(fā)磁化而產(chǎn)生的，因而是一類新的主要物理效應(yīng)。

起源：國民日報 2013 *** 4 *** 11 趙婀娜

　　“一個直接的應(yīng)用就是可能對將來電子學(xué)的新變更產(chǎn)生重大推動作用。”薛其坤介紹，電子在芯片里的運(yùn)動基礎(chǔ)上可以類比為高等跑車在集市中運(yùn)動，它們在異常橫七豎八的環(huán)境下到處碰撞、改變方向，既走了彎路，也會造成發(fā)熱，效力因此降低，這也是目前晶體管發(fā)熱、電腦用久了發(fā)燙的重要起因之一。

我迷信家發(fā)現(xiàn)量子反常霍爾效應(yīng)

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量子反常霍爾效應(yīng)讓電子運(yùn)動遵從指揮，不亂跑亂撞，從而下降能耗

　　要在實(shí)驗(yàn)上實(shí)現(xiàn)反常霍爾效應(yīng)的量子化，需要拓?fù)浣^緣體材料同時滿意若干非常刻薄的條件。德國、日本、美國的科學(xué)家由于無奈在材料中同時知足這些條件而未能實(shí)現(xiàn)。

　　薛其坤先容：實(shí)現(xiàn)霍爾效應(yīng)需要外加磁場，強(qiáng)度要比地磁場強(qiáng)20萬倍甚至更多，為此須要做一個至少冰箱大小的磁鐵。試想，為了實(shí)現(xiàn)一張小芯片和集成電路的低能耗運(yùn)行，卻要配套一塊宏大的磁鐵，不具經(jīng)濟(jì)意思。然而假如在不過加磁場的情形下實(shí)現(xiàn)量子霍爾效應(yīng)，即量子反常霍爾效應(yīng)，就有可能推進(jìn)新一代低能耗晶體管跟電子學(xué)器件發(fā)展。如果量子反常霍爾效應(yīng)得以利用，通過密度集成，即使千億次的超級盤算機(jī)都有望做成當(dāng)初的平板電腦那么大。

　　在量子霍爾效應(yīng)下，電子就像汽車行駛在高速公路上一樣，在運(yùn)動進(jìn)程中遇到雜質(zhì)阻礙也會繞過后持續(xù)前行，而不是像普通前提下的電子那樣因碰撞而轉(zhuǎn)變方向并導(dǎo)致發(fā)燒。這一特征對開發(fā)低能耗電子學(xué)器件有無比重要的作用。

　　“這是一個‘諾貝爾獎級’的科研成果。”10日，諾貝爾物理學(xué)獎取得者、清華大學(xué)高級研究院聲譽(yù)院長楊振寧傳授這樣評估中國科學(xué)家首次發(fā)現(xiàn)量子反常霍爾效應(yīng)的科研結(jié)果。這個成果由清華大學(xué)薛其坤院士領(lǐng)銜、清華大學(xué)物理系和中科院物理所結(jié)合組成的實(shí)驗(yàn)團(tuán)隊完成。

　　“要把一個事情做好，首先要看準(zhǔn)一個目的，這樣才干整合咱們團(tuán)隊的精力，把事件做好。量子反常霍爾效應(yīng)的發(fā)現(xiàn)把拓?fù)浣^緣體的研究推向一個新的熱潮，也是在量子霍爾效應(yīng)系列里畫了一個十分完善的句號，很可能是信息技巧的下一次革命。中國科學(xué)家確實(shí)是為國度爭取了一個策略的制高點(diǎn)。”團(tuán)隊成員、拓?fù)浣^緣范疇的首創(chuàng)者之一、清華大學(xué)“千人打算”教學(xué)張首晟說。

　　薛其坤領(lǐng)銜的團(tuán)隊用到了四五套世界上頂尖的精細(xì)的試驗(yàn)儀器，團(tuán)隊精誠配合，才實(shí)現(xiàn)了如斯高難度的研究。

　　在從前近四年的時光里，團(tuán)隊丈量了超過1000個樣品，戰(zhàn)勝了重重障礙，一步步實(shí)現(xiàn)了對磁性摻雜拓?fù)浣^緣體高品質(zhì)薄膜的成長、名義電子態(tài)的觀測，特殊是對其電子結(jié)構(gòu)、磁有序態(tài)和能帶拓?fù)錁?gòu)造的精密調(diào)控。

四年測量樣品超過1000個,清華大學(xué)研修，率先發(fā)現(xiàn)效應(yīng)，盤踞信息技術(shù)革命制高點(diǎn)

霍爾效應(yīng)

　　霍爾效應(yīng)是美國物理學(xué)家霍爾于1879年發(fā)現(xiàn)的一個物理效應(yīng)。在一個通有電流的導(dǎo)體中，如果施加一個垂直于電流方向的磁場，因?yàn)槁鍌惼澚Φ淖饔茫娮拥倪\(yùn)動軌跡將產(chǎn)生偏轉(zhuǎn)，從而在垂直于電流和磁場方向的導(dǎo)體兩端產(chǎn)生電壓，這個電磁輸運(yùn)景象就是有名的霍爾效應(yīng)。產(chǎn)生的橫向電壓被稱為霍爾電壓，霍爾電壓與施加的電流之比則被稱為霍爾電阻。由于洛倫茲力的大小與磁場成正比，所以霍爾電阻也與磁場成線性變更關(guān)聯(lián)。

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