一、啥是霍爾效應？

霍爾效應是磁電效應的一種，由

美國

物理學家霍爾（A。H。Hall，1855—1938）於1879年發現。說起來是個挺高大上的現象，但本質還是高中物理裡學過的：

磁場中，運動的電荷會受到洛倫茲力，其路徑會發生偏移。【作業題：還記得用那隻手判斷運動方向嗎？】

當電荷偏移之後，就會形成電場，

在導體的垂直於磁場和電流方向的兩個端面之間會出現電勢差，這一現象便是霍爾效應。

二、霍爾效應為啥能三獲諾貝爾獎？

霍爾效應的發現是基於電子在電場與磁場中的耦合場中的運動，請注意時間點，1879年，此時電子還沒被發現（1897年）。但根據霍爾效應做成的霍爾元器件，透過磁控制電，實現了神奇的感測和遙控功能，在那個年代，想想會有多麼神奇吧。1980年，德國物理學家在研究極低溫度和強磁場中的半導體中發現了量子霍爾效應，從而斬獲1985年的諾貝爾物理學獎。1982年，美籍華裔物理學家崔琦和美國物理學家在更強磁場下研究量子霍爾效應時發現了分數量子霍爾效應，為此獲得了1998年的諾貝爾物理學獎。2005年，英國科學家在實驗中觀察到石墨烯在常溫下存在量子霍爾效應，於是2010年諾獎又被霍爾效應納入囊中。分數量子霍爾效應的發現和應用推廣，可以成為搭建拓撲

量子計算機

的基礎，因此備受矚目。

霍爾效應之所以能夠屢獲大獎，還是因為它特別特別特別的有用。可以說，目前人類日常生活中常用的很多電子器件都來自霍爾效應。比如汽車上的訊號感測器、

ABS系統

中的速度感測器、汽車速度表和里程錶、液體物理量檢測器、各種用電負載的電流檢測及工作狀態診斷、發動機轉速及曲軸角度感測器、耳機等電子產品上的開關等。

三、我國科學家在霍爾效應上進展如何？

2007年，美國華裔物理學家，中國科學院外籍院士，斯坦福大學終身教授張首晟教授預言了“量子自旋霍爾效應”，之後被實驗證實。這發現被認為是設計低功率的“

自旋電子學

”計算裝置的基礎，成果被美國《科學》雜誌評出的2007年十大科學進展之一。張首晟教授曾說過：“‘

量子自旋霍爾效應’的理論研究以及產業化開發，對科學界和資訊產業界來說，都將是一次大洗牌的機會。這一領域的突破所帶來的歷史機遇，對中國的基礎研究和產業界的自主創新也都是十分難得的。希望國家有計劃地大力投入，做好戰略佈局，瞄準這一理論預言展開更廣泛的探索，加快研究步伐，搶佔自主創新制高點

”。可惜的是，2018年12月6日，張首晟的家人釋出宣告，確認張首晟於12月1日因抑鬱症意外去世。

2010年，中科院物理所方忠、戴希帶領的團隊與張首晟教授等合作，從理論與材料設計上取得了突破，找到了一種實現量子反常霍爾效應的最佳體系。2013年3月15日，《科學》線上發表了中國科學家薛其坤團隊發現“量子反常霍爾效應”的訊息。

該理論與材料設計的突破引起了國際上的廣泛興趣，許多世界頂級實驗室都爭相投入到這場競爭中來，沿著這個思路尋找量子反常霍爾效應。

量子反常霍爾效應的發現和應用，可以發展新一代的低能耗電晶體和電子學器件，從而解決電腦發熱問題和摩爾定律的瓶頸問題，從而無需高強磁場，就可以製備低能耗的高速電子器件，例如極低能耗的晶片，進而設計成為全拓撲量子計算機。

科技改變生活，這就是霍爾效應！