齊魯網·閃電新聞6月25日訊 2023年度國家最高科學技術獎6月24日在京揭曉，從沂蒙山區走出來的中國科學院院士、清華大學教授薛其坤獲得中國科技界崇高榮譽。薛其坤是凝聚態物理領域著名科學家，取得多項引領性的重要科學突破，他率領團隊首次實驗觀測到量子反常霍爾效應，在國際上產生重大學術影響。

那么，量子反常霍爾效應是什么？有什么意義？閃電新聞為您科普。

2023年度國家最高科學技術獎獲得者、中國科學院院士薛其坤

量子反常霍爾效應是什么？

量子科技是新一輪科技革命和產業變革的前沿領域。

1879年，埃德溫?霍爾發現了霍爾效應。

1980年，馮?克利青發現了量子霍爾效應，即在強磁場的作用下，電流只在二維電子系統的邊緣流動，并且沒有電阻。

科學家們進一步探索，希望發現一種不依賴于強磁場也能產生量子霍爾效應的材料。這個材料可以給看不見摸不著的電子建立一個“高速公路”，沒有電阻，從而有可能解決電子器件發熱的根本問題。這個不依賴強磁場也能產生量子霍爾效應的現象就是量子反常霍爾效應。

量子反常霍爾效應，被認為是量子霍爾效應家族最后一個重要成員，是探索更多量子奧秘的重要窗口，同時推動新一代低能耗電子學器件領域的發展。

量子反常霍爾效應就是在磁性材料中不通過外加磁場，而自發產生的電流及磁化反應。這一效應在1988年被理論預言后，一直沒有實質進展。

薛其坤帶領團隊經過近4年研究，生長測量了1000多個樣品，最終，2012年，薛其坤和團隊終于成功地在實驗上觀測到了量子反常霍爾效應，這成為“世界首次”！

該成果于2013年3月在美國《科學》（Science）期刊發表，審稿人予以高度評價，稱之為“凝聚態物理界一項里程碑式的工作”。

量子反常霍爾效應的示意圖，拓撲非平庸的能帶結構產生具有手征性的邊緣態，從而導致量子反常霍爾效應

三項非常苛刻的條件

量子反常霍爾效應在凝聚態物理中占據著重要的地位。

要實現這一不可思議的量子現象，所需要的實驗材料必須同時滿足三項非常苛刻的條件：

1.材料的能帶結構必須具有拓撲特性，從而具有導電的一維邊緣態；

2.材料必須具有長程鐵磁序，從而存在反常霍爾效應；

3.材料的體內必須為絕緣態，從而對導電沒有任何貢獻。

這就如同要求一個人同時具有短跑運動員的速度、籃球運動員的高度和體操運動員的靈巧，其難度可想而知。

薛其坤院士接受采訪時表示：量子反常霍爾效應，就是在拓撲絕緣體這個材料中，存在著一個關于電子運動的全新的規律。對我們科學家來講也是一個非常奇妙神奇的物理現象，所以我們非常希望把它的謎解開，看看它是不是存在。

量子反常霍爾效應的實驗發現的最終測量樣品和數據

它的發現有什么重要意義？

薛其坤曾在央視節目《開講啦》中提到：“電子在運動的過程中，它就互相發生碰撞，碰回來以后，電子會走彎路，這個器件消耗的電就會更多，就會使器件發熱，比如你打一會兒手機，手機就發熱了。量子反常霍爾效應，不用磁場就能使電子在我們的電子器件中有序的運動，沒有產生這種碰撞就不會發熱，就會大大減小電子器件的能量消耗，比如說，現在手機的待機時間是一天，可能用了這個效應，就能待機兩天到三天。”

現在，薛其坤仍奮戰在科研一線，率領團隊為解決高溫超導機理問題、高溫量子反常霍爾效應和拓撲量子物態的應用、拓撲量子計算的實現等重大科學問題繼續努力奮斗。

綜合新華網、央視新聞、《開講啦》、清華大學官網、北青網 報道