“量子反常霍尔效应的实验发现”荣获2018年度国家自然科学一等奖
日期 2019-01-15  来源:数理科学部  作者:倪培根 董国轩

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2018年度国家科技奖励大会于2019年1月8日在北京举行。由清华大学薛其坤院士领衔、清华大学和中国科学院物理研究所组成的研究团队荣获国家自然科学奖一等奖,获奖项目名称是“量子反常霍尔效应的实验发现”,五位主要完成人分别是薛其坤、王亚愚、何珂、马旭村和吕力。

量子霍尔效应是现代物理学的重要研究领域,相关发现曾四次获得诺贝尔物理奖。传统的量子霍尔效应只有在强磁场中才可能观测到,而零磁场中的量子霍尔效应,即量子反常霍尔效应,是一种全新的物理效应,是近年来凝聚态物理研究的一个重大科学目标。清华大学物理系薛其坤院士领衔的科研团队自2009年起以实现量子反常霍尔效应为目标对拓扑绝缘体薄膜的分子束外延生长、表面电子态的性质、磁性掺杂进行了深入研究。他们在国际上首先开展了拓扑绝缘体分子束外延生长动力学研究,获得了高质量薄膜材料的制备方法;发展了对拓扑绝缘体薄膜电子结构和拓扑性质的精密调控技术;通过磁性掺杂在拓扑绝缘体薄膜中实现了铁磁性并阐明了其机制。在此基础上,研究团队于2012年底在国际上首次实验发现了量子反常霍尔效应,随后这个发现得到了国际若干研究组的重复实验验证。

量子反常霍尔效应的实验发现是近年来凝聚态物理领域基础研究的一项重大突破,已在国际学术界产生了重大影响,被2016年诺贝尔物理学奖评奖委员会列为拓扑物质领域二十年来最重要的实验进展。除了量子反常霍尔效应以及拓扑绝缘体的实验研究,我国科学家在量子反常霍尔效应的理论研究方面也做出了重要的贡献,大大推动了拓扑物质态研究领域的发展。

量子反常霍尔效应实验发现是改革开放四十年间我国物理学家发现的重要科学效应之一,是中国物理学家对物理学发展做出的一项重要贡献。随着国力的增强和对基础研究的持续支持,我国在原始创新能力方面不断得到提升。

该实验研究得到了国家自然科学基金多类多项基金项目的资助,特别是在拓扑绝缘体领域研究的关键时期,“单量子态的探测及相互作用”重大研究计划的立项和实施,对推动我国占领这个战略制高点以及该成果的取得起到了重要的作用。


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