量子反常霍尔效应获证实 千亿次计算机有望浓缩成Pad

fengzhi2008

据新华网报道，4月10日，由清华大学薛其坤院士领衔、清华大学物理系和中科院物理所联合组成的实验团队首次观测到量子反常霍尔效应，成果已经在美国《科学》杂志上发表，著名物理学家杨振宁认为，这是一篇“诺贝尔奖”级别的物理学的论文。
每秒运算上千亿次的超级计算机，只有平板电脑般大小。不发热，充一次电使用时间可达数月甚至数年。你可以随时在掌中开展工作，或者远程控制家里的电器，而不用担心“性能不够、电量不够”。这就是量子反常霍尔效应今后可能给我们带来的生活改变。近日，清华大学物理系和中科院物理研究所的联合团队从实验上首次观测到量子反常霍尔效应。

130多年前，美国物理学家霍尔先后发现了霍尔效应和反常霍尔效应。1980年，德国科学家冯·克利青发现整数量子霍尔效应，1982年，美国科学家崔琦和施特默发现分数量子霍尔效应，这两项成果分别于1985年和1998年获得诺贝尔物理学奖。
人们利用量子霍尔效应，将有可能发展新一代低能耗晶体管和电子学器件，这将克服电脑的发热和能量耗散问题。普通量子霍尔效应的产生需要用到非常强的磁场，因此应用起来将非常昂贵和困难。但量子反常霍尔效应的好处在于不需要任何外加磁场，这项研究成果将推动新一代低能耗晶体管和电子学器件的发展，可能加速推进信息技术革命进程。

研究团队专家、中科院院士薛其坤介绍说，目前芯片中的电子在运动中受到散射，芯片发热，速度变慢。而量子反常霍尔效应让电子运动“服从指挥，不乱跑乱撞”，未来将会带来极低能耗的电子器件。
“一个直接的应用就是可能对未来电子学的新变革产生重大推动作用。”薛其坤介绍，电子在芯片里的运动基本上可以类比为高级跑车在集市中运动，它们在非常杂乱无章的环境下到处碰撞、改变方向，既走了弯路，也会造成发热，效率因而降低，这也是目前晶体管发热、电脑用久了发烫的重要原因之一。
在量子霍尔效应下，电子就像汽车行驶在高速公路上一样，在运动过程中碰到杂质障碍也会绕过后继续前行,而不是像普通条件下的电子那样因碰撞而改变方向并导致发热。这一特性对开发低能耗电子学器件有非常重要的作用。

清华大学教授张首晟说，现代芯片处理器消耗约100瓦的功率，其中有约80%被浪费在晶体管材料中。清华大学研究团队的专家成员告诉记者，量子反常霍尔效应未来在电子器件中的应用非常广泛，首先电子设备将会不发热，另外电子设备的元器件集成密度将大大提高，“上千亿次的计算机能够集成浓缩成一部Pad掌上电脑，或者迷你Pad，走进寻常百姓家，这完全有可能。”
据了解，薛其坤院士带领的团队，在过去的近四年时间里，生长和测量了超过1000个样品。这一成果已经在美国《科学》杂志上发表。