量子反常霍尔效应
展品简介
1879年，美国物理学家霍尔发现，当电子沿导体运动时，如果给电路加一个垂直于电流的磁场，电子会在导体侧面聚集，使垂直于电流方向也产生电压，这就是“霍尔效应”，这种电压叫做霍尔电压。大约一个世纪后的1980年，德国物理家冯·克立清发现了一种在强磁场(18T)和极低温(1.5K)下的特殊霍尔效应：霍尔电压(或霍尔电阻)会随着磁场强度的增大呈阶梯状增大，而沿电流方向的电阻则降为零。因为这种变化是阶梯形状的，所以这种霍尔效应被称为“量子霍尔效应”。量子霍尔效应需要强磁场，长久以来，世界各国科学家都在寻找不借助强磁场的“量子反常霍尔效应”。2013年，清华大学薛其坤院士带领的团队在经过4年不懈努力，测量了1000多个样品之后，宣布成功利用拓扑绝缘体材料实现了量子反常霍尔效应。
以上现象发生时，电子在导体中运动的微观机制是不同的。当霍尔效应发生时，平时向前运动的电子会向导体侧面拐弯;量子霍尔效应发生时，导体内部的电子围绕着磁力线原地转圈，这时，电子在磁场中的势能不发生变化，而导体边缘的电子会沿着导体跳跃前进;在量子反常霍尔效应发生时，电子会沿着导体边缘依次有序地移动。“常规导电”“霍尔效应”“量子霍尔效应”“量子反常霍尔效应”四个展项构成一组，将灯带的光投射在白色有机玻璃板上，在后者表面形成明亮的光点，这些光点代表电子。“电子”在有机玻璃板上按照不同的方式运动，从而将各种物理现象中电子的微观运动机制以更加直观的方式表现出来。
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