4月12日出版的《科學(xué)》雜志刊登《完整的量子霍爾家族三重奏》一文，對由清華大學(xué)薛其坤院士領(lǐng)銜，清華大學(xué)物理系和中科院物理所聯(lián)合組成的實驗團(tuán)隊，在磁性摻雜的拓?fù)浣^緣體薄膜中，從實驗上首次觀測到的量子反常霍爾效應(yīng)進(jìn)行了評述。
中國科學(xué)家首次在實驗中發(fā)現(xiàn)量子反常霍爾效應(yīng)引起國際物理學(xué)界巨大反響。4月12日出版的《科學(xué)》雜志刊登《完整的量子霍爾家族三重奏》一文，對由清華大學(xué)薛其坤院士領(lǐng)銜，清華大學(xué)物理系和中科院物理所聯(lián)合組成的實驗團(tuán)隊，在磁性摻雜的拓?fù)浣^緣體薄膜中，從實驗上首次觀測到的量子反常霍爾效應(yīng)進(jìn)行了評述。
美國新澤西州立大學(xué)物理與天文系教授賽翁希克在文章中稱，中國科學(xué)家“證實了期待已久的量子反常霍爾效應(yīng)的存在，這是量子霍爾家族的最后一位成員”，它和此前發(fā)現(xiàn)的量子霍爾效應(yīng)、量子自旋霍爾效應(yīng)“組成了量子霍爾家族的三重奏”。
文章稱，前期的理論預(yù)言指出，量子反常霍爾效應(yīng)能夠通過抑制HgTe系統(tǒng)中的一條自旋通道來實現(xiàn)。遺憾的是，由于無法在這個材料系統(tǒng)實現(xiàn)鐵磁性，即而無法實現(xiàn)量子化反常霍爾效應(yīng)。后來又有理論預(yù)言指出，將Bi2Se3這種拓?fù)浣^緣體材料做薄并且進(jìn)行磁性摻雜，就有可能實現(xiàn)量子霍爾電阻為h/（ve2）的量子反常霍爾效應(yīng)。這個理論預(yù)言現(xiàn)被中國科學(xué)家通過實驗證實。
文章介紹，中國科學(xué)家戰(zhàn)勝一系列非常困難的材料問題，將實驗材料的體導(dǎo)電和表面導(dǎo)電通道完全被抑制掉。通過對材料各種參數(shù)進(jìn)一步的不斷優(yōu)化，他們最終實現(xiàn)了無外加磁場情況下量子化的霍爾電阻。
他們觀察到的量子反常霍爾效應(yīng)的性質(zhì)是非常穩(wěn)定的。首先，為了避免自旋翻轉(zhuǎn)散射的影響，觀測量子自旋霍爾效應(yīng)需要微小尺寸的樣品，而量子反常霍爾效應(yīng)能夠在幾百微米量級的宏觀尺度下實現(xiàn)。其次，讓人稱奇的是，這種嚴(yán)格的量子化能夠在具有相當(dāng)?shù)偷倪w移率和非零體導(dǎo)電通道的材料中實現(xiàn)。這些都說明量子反常霍爾效應(yīng)比量子自旋霍爾效應(yīng)要穩(wěn)定得多，可以媲美甚至比量子霍爾效應(yīng)有更強(qiáng)的適應(yīng)能力。
觀測到的量子反常霍爾效應(yīng)的嚴(yán)格量子化和無耗散通道的存在可能能夠用于很多應(yīng)用中。比如，這種邊緣態(tài)可以用來作為自旋電子器件所需的的無耗散自旋過濾通道。不需要外加磁場的精準(zhǔn)的霍爾電阻可以方便地用來做電阻標(biāo)準(zhǔn)。但是目前談這些應(yīng)用還為時過早。這是因為：現(xiàn)有材料體系的鐵磁性居里溫度還很低，加上材料在其他方面的不盡如人意，量子反常霍爾效應(yīng)只有在極低的溫度下才能觀察到。然而，通過在材料上的突破，未來量子反常霍爾效應(yīng)將可能廣泛地應(yīng)用在人們每天使用的移動電子器件上。
另據(jù)新華社此間報道，賽翁希克認(rèn)為，這一成果獲得諾貝爾獎的“機(jī)會很大”，但不是單獨(dú)獲得，很可能是與拓?fù)浣^緣體領(lǐng)域的其他相關(guān)工作一起共同獲得。賽翁希克特別提到斯坦福大學(xué)華裔教授張首晟，稱贊其為“拓?fù)浣^緣體領(lǐng)域的開創(chuàng)者之一”。張首晟入選中國國家“千人計劃”，并擔(dān)任清華大學(xué)特聘教授，在拓?fù)浣^緣體、量子自旋霍爾效應(yīng)、自旋電子學(xué)、高溫超導(dǎo)等領(lǐng)域有杰出貢獻(xiàn)。
新華社報道稱，美國利海大學(xué)教授黃正民同樣認(rèn)為中國科學(xué)家的成果“絕對有可能”獲得諾貝爾獎。黃正民認(rèn)為，過去10年，中國在物理和材料等領(lǐng)域的基礎(chǔ)研究上取得了突飛猛進(jìn)的發(fā)展。“像中科院和清華的研究水平絕對可以和世界上其他一流研究機(jī)構(gòu)相比。《科學(xué)》上的這篇論文就證明了這一點(diǎn)。”