量子霍爾效應是現代物理學的重要研究領域，相關發現曾四次獲得諾貝爾物理獎。傳統的量子霍爾效應只有在強磁場中才可能觀測到，而零磁場中的量子霍爾效應，即量子反常霍爾效應，是一種全新的物理效應，是近年來凝聚態物理研究的一個重大科學目標。清華大學物理系薛其坤院士領銜的科研團隊自2009年起以實現量子反常霍爾效應為目標對拓撲絕緣體薄膜的分子束外延生長、表面電子態的性質、磁性摻雜進行了深入研究。他們在國際上首先開展了拓撲絕緣體分子束外延生長動力學研究，獲得了高質量薄膜材料的制備方法；發展了對拓撲絕緣體薄膜電子結構和拓撲性質的精密調控技術；通過磁性摻雜在拓撲絕緣體薄膜中實現了鐵磁性并闡明了其機制。在此基礎上，研究團隊于2012年底在國際上首次實驗發現了量子反常霍爾效應，隨后這個發現得到了國際若干研究組的重復實驗驗證。

量子反常霍爾效應的實驗發現是近年來凝聚態物理領域基礎研究的一項重大突破，已在國際學術界產生了重大影響，被2016年諾貝爾物理學獎評獎委員會列為拓撲物質領域二十年來最重要的實驗進展。除了量子反常霍爾效應以及拓撲絕緣體的實驗研究，我國科學家在量子反常霍爾效應的理論研究方面也做出了重要貢獻，大大推動了拓撲物質態研究領域的發展。

量子反常霍爾效應實驗發現是改革開放四十年間我國物理學家發現的重要科學效應之一，是中國物理學家對物理學發展做出的一項重要貢獻。隨著綜合國力的增強和對基礎研究的持續支持，我國的原始創新能力不斷得到提升。

該實驗研究得到了國家自然科學基金多類多項基金項目的資助，特別是在拓撲絕緣體領域研究的關鍵時期，“單量子態的探測及相互作用”重大研究計劃的立項和實施，對推動我國占領這個戰略制高點以及上述成果的取得起到了重要的作用。

文章來源：數理科學部

IEEE Spectrum

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