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霍爾效應(yīng)？聽起來很牛，其實(shí)很簡單！

想象一下，你正在玩滑板。當(dāng)你用力往前滑的時(shí)候，如果突然刮來一陣側(cè)風(fēng)，你會(huì)被吹得有點(diǎn)歪。這就是一種力在影響你的運(yùn)動(dòng)方向。

在電子世界里，也有一種類似的情況，那就是霍爾效應(yīng)。

霍爾效應(yīng)是什么？

霍爾效應(yīng)，簡單來說，就是當(dāng)一群電子在一條導(dǎo)線里排隊(duì)走路的時(shí)候，如果突然出現(xiàn)一個(gè)磁場，這些電子就會(huì)被磁場的力量推向一邊，就像被側(cè)風(fēng)吹歪的滑板一樣。

打個(gè)比方，想象導(dǎo)線就像一條高速公路，電子就是一輛輛小汽車。當(dāng)這些小汽車在高速公路上飛馳的時(shí)候，如果突然出現(xiàn)一個(gè)磁場，就好像高速公路突然變成了一條斜坡，小汽車就會(huì)被“斜坡”的力量推向一邊。
量子霍爾效應(yīng)是霍爾效應(yīng)在量子力學(xué)領(lǐng)域的延伸。當(dāng)電子在低溫和強(qiáng)磁場下通過二維電子系統(tǒng)時(shí)，霍爾電阻會(huì)呈現(xiàn)出階梯狀的量子化現(xiàn)象。當(dāng)霍爾電阻達(dá)到某個(gè)量子值時(shí)，導(dǎo)體的電阻會(huì)消失，電流只在導(dǎo)體的邊緣流動(dòng)。

量子反常霍爾效應(yīng)是量子霍爾效應(yīng)的一個(gè)特殊形式。不同于量子霍爾效應(yīng)需要強(qiáng)磁場，量子反常霍爾效應(yīng)在沒有外加磁場的情況下也能產(chǎn)生。這種現(xiàn)象是在拓?fù)浣^緣體材料中發(fā)現(xiàn)的。

拓?fù)浣^緣體是一種具有特殊電子結(jié)構(gòu)的材料，其表面導(dǎo)電而內(nèi)部絕緣。當(dāng)這種材料與鐵磁性材料結(jié)合時(shí)，在低溫下可以觀察到量子反常霍爾效應(yīng)。

因在實(shí)驗(yàn)上首次觀測到量子反常霍爾效應(yīng)，薛其坤院士于2024年獲得國家最高科學(xué)技術(shù)獎(jiǎng)。

這些“高大上”有什么用？

其實(shí)，它們對(duì)我們的生活有著非常重要的影響。

更快的電腦：量子霍爾效應(yīng)可以幫助我們制造出更小、更快的芯片，讓我們的電腦跑得更快。

更省電的手機(jī)：量子反常霍爾效應(yīng)可以幫助我們制造出更省電的電子設(shè)備，讓我們的手機(jī)可以待機(jī)更久。

更精準(zhǔn)的測量：量子霍爾效應(yīng)可以用來制造非常精確的測量儀器，幫助科學(xué)家們探索微觀世界。

供稿單位：重慶市無線電科普體驗(yàn)中心

審核專家：楊耀輝

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