量子霍尔效应

量子霍尔效应

‌量子霍尔效应主要分为‌整数量子霍尔效应和‌分数量子霍尔效应‌。‌‌整数量子霍尔效应‌：最初在高磁场下的二维电子气中被观测到。当电子或空穴朗道能级的填充因子为整数时（即p/q，其中p为整数，q为奇数，对应最低朗道能级），霍尔电阻出现与磁场无关的平台，称为霍尔平台。这一效应为弹道输运这一重要概念提供了实验支持。整数量子霍尔效应被马普所的德国物理学家‌冯·克利青发现，他因此获得1985年‌诺贝尔物理学奖。‌分数量子霍尔效应‌：通常在迁移率更高的二维电子气下才能被观测到。当填充因子为分数时（即p/q，其中p和q为互质的整数，且q不为1），也会出现霍尔平台。分数量子霍尔效应被‌崔琦、‌霍斯特·路德维希·施特默和‌亚瑟·戈萨德发现，前两者因此与‌罗伯特·劳克林分享1998年诺贝尔物理学奖。劳克林与J·K·珍解释了分数量子霍尔效应的起源，揭示了‌涡旋和准粒子在凝聚态物理学中的重要性。‌量子霍尔效应的最新研究‌：近年来，量子霍尔效应的研究取得了重要进展。例如，2018年，英国《自然》杂志刊登了复旦大学物理学系‌修发贤课题组的最新研究成果，报道了在拓扑狄拉克半金属砷化镉材料里观测到的三维量子霍尔效应。这是中国科学家首次在三维空间中发现量子霍尔效应，开拓了全新的研究维度。此外，石墨烯中的量子霍尔效应与一般的量子霍尔行为大不相同，为量子反常霍尔效应（Quantum Anomalous Hall Effect）的研究提供了新的方向。综上所述，量子霍尔效应作为量子力学版本的霍尔效应，在低温强磁场的极端条件下展现出独特的量子化现象，其分类主要包括整数量子霍尔效应和分数量子霍尔效应。近年来，随着研究的不断深入，量子霍尔效应在三维空间和石墨烯等材料中的新发现，为凝聚态物理领域的研究开辟了新的方向。