第二看台
20世纪以来，凝聚态物理领域有着诸多的科学发现，当中量子霍尔效应是最重要之一，直至如今，已有四个诺贝尔奖和其直接相关，然而，一百多年来，三维量子霍尔效应一直都是科学家心里的宛如一片圣地般的存在，一直到去年12月，我国复旦大学物理学系修发贤课题组才揭示，人类首次观测到三维量子霍尔效应 。
近日而言，中国科技大学跟合作团队，在《自然》上刊登了论文，表明他们借助实验验证了三维量子霍尔效应，还发现金属 - 绝缘体出现了转换。
电信号与磁信号转换的桥梁
在此之前，科学家针对量子霍尔效应展开的研究仅仅是停留在二维体系方面，然而对于三维体系而言也只是存在着无尽的猜测。修发贤团队发觉了由三维“外尔轨道”所形成的新型三维量子霍尔效应的直接证据，这迈出了量子霍尔效应从二维过渡至三维的关键一步。
此次，合作研究团队是来自中国科技大学，他们在之后紧紧跟随，进一步对三维量子霍尔效应进行了证实，并且对显著的拓扑绝缘体现象做成了验证。
霍尔效应是美国物理学家E.霍尔于1879年在实验里发现的，是以他的人名来命名并且流传于世间。其一核心理论是，带电的粒子，像电子这种，在磁场里面运动的时候会受到洛伦兹力的作用进而发生偏转，所以在磁场中的电流也有发生偏转的可能性。当电流垂直于外磁场通过半导体时，载流子会发生偏转，在导体两端堆积电荷进而在导体内部产生电场，其方向垂直于电流以及磁场的方向。当电场力和洛伦兹力达到平衡时，载流子就不再偏转了。此时，半导体的两端会形成电势差，这一现象称作霍尔效应高中物理霍尔效应，这个电势差又被叫做霍尔电势差。
总的来讲，霍尔效应实际上是电信号跟磁信号之间的桥梁，在任何将电信号转变成磁信号的地方，都能够存在霍尔传感器。
和我们现实生活关联紧密的，是这个表面看起来高深莫测的概念：像是在汽车里头放置霍尔元件，能够对发动机转速、车轮的转速和方向位移予以测量；又比如说，把霍尔元件置于电动自行车内，能够制作成控制电动车行进速度的转把。
量子霍尔效应停留在二维空间
1980年，那是在霍尔效应被发现100年之后，德国有位青年教师叫克劳斯·冯·克利青，他借助理论分析，开展实验，进而发现了整数量子霍尔效应，这把霍尔效应引领到了量子所属的领域 。
冯·克利青发觉，量子霍尔效应通常是于超低温以及强磁场等这种极端条件之下出现的，在这般极端条件里，电子的偏转并非和普通霍尔效应那般，而是变得更为剧烈，并且其偏转半径变得很小，好像就在导体内部围绕着某一个点不停地转圈圈，这意味着，导体中间的那部分电子被 “锁住” 了，要想让电流导通就只能沿着导体的边缘行进，鉴于这些发现，他于 1985 年荣获诺贝尔物理学奖。
虽说量子霍尔效应是诺贝尔奖的常客，然而相关研究仅仅局限于二维量子系统之中，毕竟我们身处三维空间里，要是将其延伸至三维系统，量子霍尔效应会呈现出怎样的不一样呢？
另辟蹊径验证三维量子霍尔效应
此前实现三维量子霍尔效应所依据的思路，主要乃是把二维量子系统予以堆叠。然而经由这般操作所获取的仅仅是准二维量子霍尔效应，并未观测到显著的量子霍尔电阻，也没有看到电子于空间的震荡。
我国科学家不走寻常路，挑选了有着差异的材料，修发贤课题组所选的是砷化镉楔形纳米结构，中国科技大学团队所选的是碲化锆三维晶体，这些被视作拓扑绝缘体的三维纳米结构当中，已有科学家观测到像二维量子霍尔效应那般类似的现象，也就是其一个朝向的电阻呈现出台阶式的变化物业经理人，还有一个朝向的电阻体现为震荡，而我们分别在全球首次达成了对三维量子霍尔效应的观测以及验证。
此次研究里，中国科技大学团队又针对材料之导电特性做了“大扫描”，得出金属 - 绝缘体的转换规律，即人们可借由控制温度以及外加磁场达成金属 - 绝缘体的转化，这一原理能够用以制造“量子磁控开关”一类的电子元器件，三维量子霍尔效应材料中的电子迁移率俱为快速着，电子能够迅速传输且响应，于红外探测、电子自旋器件等层面存有应用前景高中物理霍尔效应，再者，三维量子霍尔效应鉴于具备量子化的导电特性，还可应用于特殊的载流子传输系统。