可測(cè)量汽車發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速、控制電動(dòng)車行進(jìn)速度
　　看似高深的霍爾效應(yīng)，其實(shí)離生活很近

　　第二看臺(tái)

　　量子霍爾效應(yīng)是20世紀(jì)以來凝聚態(tài)物理領(lǐng)域最重要的科學(xué)發(fā)現(xiàn)之一，迄今已有四個(gè)諾貝爾獎(jiǎng)與其直接相關(guān)。但是三維量子霍爾效應(yīng)一百多年來都是科學(xué)家們心中的一片圣地，直到去年12月，我國復(fù)旦大學(xué)物理學(xué)系修發(fā)賢課題組才公布，人類首次觀測(cè)到三維量子霍爾效應(yīng)。

　　而近日，中國科技大學(xué)與其合作團(tuán)隊(duì)在《自然》刊登論文表示，他們通過實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了三維量子霍爾效應(yīng)，并發(fā)現(xiàn)了金屬-絕緣體的轉(zhuǎn)換。

　　電信號(hào)與磁信號(hào)轉(zhuǎn)換的橋梁

　　之前，科學(xué)家對(duì)于量子霍爾效應(yīng)的研究僅僅停留于二維體系，而對(duì)于三維體系也只有無盡的猜測(cè)。修發(fā)賢團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)了由三維“外爾軌道”形成的新型三維量子霍爾效應(yīng)的直接證據(jù)，邁出了量子霍爾效應(yīng)從二維到三維的關(guān)鍵一步。

　　此次，中國科技大學(xué)的合作研究團(tuán)隊(duì)緊隨其后，進(jìn)一步證實(shí)了三維量子霍爾效應(yīng)并驗(yàn)證了顯著的拓?fù)浣^緣體現(xiàn)象。

　　霍爾效應(yīng)由美國物理學(xué)家E.霍爾于1879年在實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)，以其人名命名并流傳于世。其核心理論就是，帶電粒子（例如電子）在磁場中運(yùn)動(dòng)時(shí)會(huì)受到洛倫茲力的作用發(fā)生偏轉(zhuǎn)，那么在磁場中的電流也有可能發(fā)生偏轉(zhuǎn)。當(dāng)電流垂直于外磁場通過半導(dǎo)體時(shí)，載流子發(fā)生偏轉(zhuǎn)，在導(dǎo)體兩端堆積電荷從而在導(dǎo)體內(nèi)部產(chǎn)生電場，其方向垂直于電流和磁場的方向。當(dāng)電場力和洛倫茲力相平衡時(shí)，載流子不再偏轉(zhuǎn)。而此時(shí)半導(dǎo)體的兩端會(huì)形成電勢(shì)差，這一現(xiàn)象就是霍爾效應(yīng)，這個(gè)電勢(shì)差也被稱為霍爾電勢(shì)差。

　　總的來說，霍爾效應(yīng)其實(shí)是電信號(hào)與磁信號(hào)的橋梁，任何電信號(hào)轉(zhuǎn)換為磁信號(hào)的地方都可以有霍爾傳感器。

　　這個(gè)看似高深的概念，其實(shí)和我們的生活很近：比如我們將霍爾元件放在汽車中，可以測(cè)量發(fā)動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速，車輪的轉(zhuǎn)速及方向位移；再比如，將霍爾元件放在電動(dòng)自行車中，可以做成控制電動(dòng)車行進(jìn)速度的轉(zhuǎn)把。

　　量子霍爾效應(yīng)停留在二維空間

　　在霍爾效應(yīng)發(fā)現(xiàn)100年后的1980年，德國青年教師克勞斯