国家自然科学奖一等奖——“量子反常霍尔效应的实验发现”
日期:2019年01月08日 10:00       

由清华大学薛其坤等完成

  强磁场下二维电子系统呈现的量子霍尔效应是凝聚态物理学的重要研究方向,相关发现曾3次获得诺贝尔物理学奖。量子反常霍尔效应是一种不需要外加磁场、基于全新物理原理的量子霍尔效应。它不但是量子霍尔态得以实际应用的关键,还是很多新奇量子效应实现的基础。在实际材料中实验发现量子反常霍尔效应是凝聚态物理学的重大科学目标之一,但二十多年来没有实质性实验进展。项目组在国际上首先建立了Bi2Te3家族拓扑绝缘体分子束外延生长动力学并发展出高质量拓扑绝缘体薄膜材料的制备方法;首次在实验上揭示出拓扑表面态随维度的演化过程及背散射缺失等独特性质;发展了拓扑绝缘体薄膜的能带结构和化学势调控手段;在磁性掺杂拓扑绝缘体薄膜中首次发现了拓扑导致的磁量子相变并揭示出在其中建立长程铁磁序的关键因素;制备出了同时具备铁磁性、体绝缘性、拓扑非平庸性的磁性掺杂拓扑绝缘体薄膜,并在这种薄膜中首次从实验上观测到量子反常霍尔效应。该发现已被国际上多个知名实验室重复与确认,被2016年诺贝尔物理学奖评奖委员会和获得者霍尔丹列为拓扑物质领域近二十年来最重要的实验发现,是建国以来我国物理学家发现的一个重要科学效应。该项目8篇代表性论文中有2篇发表于《Science》,2篇发表于《Nature》系列期刊,2篇发表于《Phys. Rev. Lett.》,2篇发表于《Adv. Mater.》。这些论文已被SCI他引超2200次。该项目取得的成果为多种新奇量子现象的实现铺平了道路,可用于开发拓扑量子计算和新原理的低能耗电子学和自旋电子学器件。


“量子反常霍尔效应的实验发现”最终测量样品和数据

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