如何理解量子霍尔效应

两年之后，施特默、崔琦及其同事们在实验中采用更低的温度和更强的磁场对霍尔效应进行了细致的研究，发现了分数量子霍尔效应。他们在霍尔电阻中发现了一个使他们非常惊奇的新台阶，这些新台阶的高度都能表示为h/e2除以不同的分数。分数量子霍尔效应发现一年后，劳克林提出了理论解释。

我们首先来看下什么是量子霍尔效应：量子霍尔效应，于1980年被德国科学家发现，是整个凝聚态物理领域中重要、最基本的量子效应之一。它的应用前景非常广泛。

将一导电板放在垂至于他的磁场中，当有电流通过时，在导电板的a、a两侧会产生一个电势差uaa，这就是霍尔效应。利用左手定则，可以判断载流子（q0，正电荷）所受洛伦兹力f的方向是与纸面平行向上，即运动向上；载流子（q0，负电荷）所受洛伦兹力f的方向是与纸面平行向下，即运动向下。

2013年4月10日中国科学家首此在实验中发现了什么,引起国际物理学界巨...

1、首先，天使粒子在学术上的称谓是“手性马约拉纳费米子”，不过，与一般的电子或者质子不同的是， 华裔科学家张首晟等实验组发现的“天使粒子”本质上不是一个真的粒子，而是一种在凝聚态物理中出现的“准粒子”。

2、钱学森（1911～ ）中国科学家，火箭专家，1911年12月1日生于上海，3岁时随父来到北京，1934年毕业于上海交通大学机械工程系，1935年赴美国研究航空工程和空气动力学，1938年获加利福尼亚理工学院博士学位。后留在美国任讲师、副教授、教授以及超音速实验室主任和古根罕喷气推进研究中心主任。

3、首先我们还是对这两位科学家做一个简单的介绍吧。

4、几十年后年轻的杨振宁也进了这所大学，受教于一些当时中国最杰出的科学家。他们之中有些以后去了美国，其中包括陈省身。陈省身现在已经从伯克莱加州大学退休，许多人都认为他是现在活着的最重要的微分几何学家。 1945年杨振宁的父亲得到庚子赔款奖学金去了美国。

霍尔效应原理

1、霍尔效应从本质上讲是运动的带电粒子在磁场中受洛仑兹力作用而引起的偏转。当带电粒子（电子或空穴）被约束在固体材料中，这种偏转就导致在垂直电流和磁场方向上产生正负电荷的聚积，从而形成附加的横向电场，即霍尔电场EH。

2、原理：在半导体上外加与电流方向垂直的磁场，会使得半导体中的电子与空穴受到不同方向的洛伦兹力而在不同方向上聚集，在聚集起来的电子与空穴之间会产生电场。

3、霍尔效应原理如下：霍尔效应的概念：在交流电的作用下，当通有交变电流时，导体两端将产生磁场并感应出电动势；而当通入直流电流时，则会产生相反方向的磁场并感应出电动势；如果同时存在两种不同频率和强度的交变电场和磁场作用在导线上时就会产生自感现象。

量子霍耳效应是什么

原理：在半导体上外加与电流方向垂直的磁场，会使得半导体中的电子与空穴受到不同方向的洛伦兹力而在不同方向上聚集，在聚集起来的电子与空穴之间会产生电场。

在材料科学领域，量子霍尔效应也有重要应用。例如，量子霍尔效应可以用于制造高效的能量转换器，可以将热能转换为电能，这有助于提高能源利用效率。同时，量子霍尔效应还可以用于制造高精度的磁传感器和磁计等仪器。

约瑟夫森效应也是一种发生在凝聚态中的量子效应，也是高度精确的。约瑟夫森由于发现了这一效应已于1973年获得了诺贝尔物理学奖。K. Von Klitzing，G. Dorda，M. Pepper于1979年发现，霍尔常数（强磁场中，纵向电压和横向电流的比值）是量子化的，RH=V/I=h/νe2，ν=1，2，3，……。这种效应称为整数量子霍尔效应。

南科大拓扑量子物态实验/理论攻坚小分队取得重要研究进展

近年来，寻找可实现较高温量子反常霍尔效应的磁性拓扑绝缘体是凝聚态物理研究的一个重要方向。磁性拓扑绝缘体是一种全新的量子态，对于某些特定磁结构的拓扑绝缘体，它可以呈现“量子反常霍尔效应”和“轴子绝缘态”。

近日，南方 科技 大学物理系和量子科学与工程研究院教授卢海舟课题组在三维高阶拓扑绝缘体的拓扑稳定性方面取得进展，并在美国物理学会《物理评论快报》（ Physical Review Letters ）上发表了相关研究成果。2005年，物理研究学者Kane和Mele提出了有关石墨烯体系的量子自旋霍尔效应理论方案。

近日，南方 科技 大学量子科学与工程研究院（简称“量子研究院”）、物理系在量子机器学习研究中取得重要进展。

怎么样理解量子自旋霍尔效应?

量子自旋霍尔效应是指找到了电子自转方向与电流方向之间的规律，利用这个规律可以使电子以新的姿势非常有序地舞蹈，从而使能量耗散很低。

自旋向上的电子像蓝色的箭头逆时针运动，而自旋向下的电子则顺时针运动。这两个相反自旋的电子在遇到障碍时，由于正交性，它们无法相互干扰，除非时间反演对称性被磁性杂质打破。这种无背散射的边缘传输，正是量子自旋霍尔效应的核心。

“量子自旋霍尔效应”是指找到了电子自转方向与电流方向之间的规律，利用这个规律可以使电子以新的姿势非常有序地“舞蹈”，从而使能量耗散很低。

在半导体上通以电流并把它放在磁场中，如果磁场与电流的方向相垂直，则在磁场的作用下，载流子（电子或空穴）的运动方向发生偏转。这样，在垂直于电流和磁场的方向上就会形成电荷积累，出现电势差。这一现象称为霍耳效应。利用霍耳效应可以制成霍耳器件，还可以测量半导体材料的导电类型、载流子浓度和迁移率。

量子霍尔效应：此为霍尔效应的量子力学版本。一般被看作是整数量子霍尔效应和分数量子霍尔效应的统称。霍尔效应 在1879年被物理学家霍尔发现，它定义了磁场和感应电压之间的关系，这种效应和传统的电磁感应完全不同。

这种效应称为整数量子霍尔效应。进而，AT&T的D. Tsui、H. Stormer和A.Gossard发现，随着磁场增强，在v＝1/3，1/5，1/7…等处，霍尔常数出现了新的台阶。这种现象称为分数量子霍尔效应。