我国科学家首次发现“量子反常霍尔效应” 这一科研成果离诺贝尔物理奖有多近
　　我国科学家首次发现“量子反常霍尔效应”这一科研成果离诺贝尔物理奖有多近&日&来源： 中国科技网&作者： 林莉君 李大庆量子反常霍尔效应的示意图，拓扑非平庸的能带结构产生具有手征性的边缘态，从而导致量子反常霍尔效应理论计算得到的磁性拓扑绝缘体多层膜的能带结构和相应的霍尔电导“这个研究成果是从中国实验室里，第一次发表出来了诺贝尔物理奖级别的论文，这不仅是清华大学、中科院的喜事，也是整个国家发展中喜事。”4月10日，诺贝尔物理奖得主、清华大学高等研究院名誉院长杨振宁教授高度评价了我国科学家的重大发现——量子反常霍尔效应。&&&&由清华大学薛其坤院士领衔、清华大学物理系和中科院物理研究所组成的实验团队从实验上首次观测到量子反常霍尔效应。美国《科学》杂志于3月14日在线发表这一研究成果。由于此前和量子霍尔效应有关的科研成果已经3获诺贝尔奖，学术界很多人士对这项“可能是量子霍尔效应家族最后一个重要成员”的研究给予了极高的关注和期望。那么什么是量子反常霍尔效应？对它的研究为什么引起世界各国科学家的兴趣？它的发现有什么重大意义？重要性突破摩尔定律瓶颈 加速推动信息技术革命进程在认识量子反常霍尔效应之前，让我们先来了解一下量子霍尔效应。量子霍尔效应，于1980年被德国科学家发现，是整个凝聚态物理领域中重要、最基本的量子效应之一。它的应用前景非常广泛。薛其坤院士举了个简单的例子：我们使用计算机的时候，会遇到计算机发热、能量损耗、速度变慢等问题。这是因为常态下芯片中的电子运动没有特定的轨道、相互碰撞从而发生能量损耗。而量子霍尔效应则可以对电子的运动制定一个规则，让它们在各自的跑道上“一往无前”地前进。“这就好比一辆高级跑车，常态下是在拥挤的农贸市场上前进，而在量子霍尔效应下，则可以在‘各行其道、互不干扰’的高速路上前进。”薛其坤打了个形象的比喻。然而，量子霍尔效应的产生需要非常强的磁场，“相当于外加10个计算机大的磁铁，这不但体积庞大，而且价格昂贵，不适合个人电脑和便携式计算机。”薛其坤说，而量子反常霍尔效应的美妙之处是不需要任何外加磁场，在零磁场中就可以实现量子霍尔态，更容易应用到人们日常所需的电子器件中。自1988年开始，就不断有理论物理学家提出各种方案，然而在实验上没有取得任何进展。2006年, 美国斯坦福大学张首晟教授领导的理论组成功地预言了二维拓扑绝缘体中的量子自旋霍尔效应，并于2008年指出了在磁性掺杂的拓扑绝缘体中实现量子反常霍尔效应的新方向。2010年，我国理论物理学家方忠、戴希等与张首晟教授合作，提出磁性掺杂的三维拓扑绝缘体有可能是实现量子化反常霍尔效应的最佳体系。这个方案引起了国际学术界的广泛关注。德国、美国、日本等有多个世界一流的研究组沿着这个思路在实验上寻找量子反常霍尔效应，但一直没有取得突破。薛其坤团队经过近4年的研究，生长测量了1000多个样品。最终，他们利用分子束外延方法，生长出了高质量的Cr掺杂（Bi，Sb）2Te3拓扑绝缘体磁性薄膜，并在极低温输运测量装置上成功观测到了量子反常霍尔效应。“量子反常霍尔效应可在未来解决摩尔定律瓶颈问题，它发现或将带来下一次信息技术革命，我国科学家为国家争夺了这场信息革命中的战略制高点。”拓扑绝缘体领域的开创者之一、清华大学“千人计划”张首晟教授说。创新性让实验材料同时具备“速度、高度和灵巧度”从美国物理学家霍尔丹于1988年提出可能存在不需要外磁场的量子霍尔效应，到我国科学家为这一预言画上完美句号，中间经过了20多年。课题组成员、中科院物理所副研究员何珂告诉记者：“量子反常霍尔效应实现非常困难，需要精准的材料设计、制备与调控。尽管多年来各国科学家提出几种不同的实现途径，但所需的材料和结构非常难以制备，因此在实验上进展缓慢。”“这就如同要求一个运动员同时具有刘翔的速度、姚明的高度和郭晶晶的灵巧度。在实际的材料中实现以上任何一点都具有相当大的难度，而要同时满足这三点对实验物理学家来讲是一个巨大的挑战。”课题组成员、清华大学王亚愚教授这样描述实验对材料要求的苛刻程度。实验中，材料必须具有铁磁性从而存在反常霍尔效应；材料的能带结构必须具有拓扑特性从而具有导电的一维边缘态，即一维导电通道；材料的体内必须为绝缘态从而对导电没有任何贡献，只有一维边缘态参与导电。2010年，课题组完成了对1纳米到6纳米（头发丝粗细的万分之一）厚度薄膜的生长和输运测量，得到了系统的结果，从而使得准二维超薄膜的生长测量成为可能。2011年，课题组实现了对拓扑绝缘体能带结构的精密调控，使得其体材料成为真正的绝缘体，去除了其对输运性质的影响。2012年初，课题组在准二维、体绝缘的拓扑绝缘体中实现了自发长程铁磁性，并利用外加栅极电压对其电子结构进行原位精密调控。2012年10月，课题组终于发现在一定的外加栅极电压范围内，此材料在零磁场中的反常霍尔电阻达到了量子霍尔效应的特征值h/e2—25800欧姆——世界难题得以攻克。课题组克服薄膜生长、磁性掺杂、门电压控制、低温输运测量等多道难关，一步一步实现了对拓扑绝缘体的电子结构、长程铁磁序以及能带拓扑结构的精密调控，最终为这一物理现象的实现画上了完美的句号。“下一步我们主要的努力方向是全面测量材料在极低温下的电子结构和输运性质，寻找更好的材料体系，在更高的温度下实现这一效应。那时，也许我们能对其应用前景作更好的判断。”王亚愚告诉记者。外界评说这是凝聚态物理界一项里程碑式的工作“实验成果出来以后，量子霍尔效应的发现者给我发了一封邮件。他写道：我深信拓扑绝缘体和量子反常霍尔效应是科学王冠上的明星。”张首晟向记者展示了这封邮件。《科学》杂志的一位审稿人说：“这项工作毫无疑问地证实了与普通量子霍尔效应不同来源的单通道边缘态的存在。我认为这是凝聚态物理学一项非常重要的成就。”另一位审稿人说：“这篇文章结束了多年来对无朗道能级的量子霍尔效应的探寻。这是一篇里程碑式的文章。”延伸阅读霍尔效应与反常霍尔效应霍尔效应是美国物理学家霍尔于1879年发现的一个物理效应。在一个通有电流的导体中，如果施加一个垂直于电流方向的磁场，由于洛伦兹力的作用，电子的运动轨迹将产生偏转，从而在垂直于电流和磁场方向的导体两端产生电压，这个电磁输运现象就是著名的霍尔效应。产生的横向电压被称为霍尔电压，霍尔电压与施加的电流之比则被称为霍尔电阻。由于洛伦兹力的大小与磁场成正比，所以霍尔电阻也与磁场成线性变化关系。1880年，霍尔在研究磁性金属的霍尔效应时发现，即使不加外磁场也可以观测到霍尔效应，这种零磁场中的霍尔效应就是反常霍尔效应。反常霍尔效应与普通的霍尔效应在本质上完全不同，因为这里不存在外磁场对电子的洛伦兹力而产生的运动轨道偏转。反常霍尔电导是由于材料本身的自发磁化而产生的，因此是一类新的重要物理效应。量子霍尔效应的相关研究已3次获得诺贝尔奖量子霍尔效应在凝聚态物理的研究中占据着极其重要的地位。它就像一个富矿，一代又一代科学家为之着迷和献身，他们的成就也多次获得诺贝尔物理奖。1985年，诺贝尔物理奖颁给了德国科学家冯·克利青，他于1980年发现了整数量子霍尔效应。1998年，诺贝尔物理奖颁给了美国科学家：美籍华人物理学家崔琦以及施特默、劳弗林。前两人于1982年发现了分数量子霍尔效应，而后者则对这一效应进一步给出了理论解释。2010年，诺贝尔物理奖颁给了英国科学家安德烈·海姆和康斯坦丁·诺沃肖洛夫。他们俩在2005年发现了石墨烯中的半整数量子霍尔效应。此外，量子化自旋霍尔效应于2007年被发现，2010年获得欧洲物理奖，2012年获得美国物理学会巴克利奖。（记者 林莉君 李大庆）《科技日报》（ 五版）(中国科技网)责编：董子凡更多上一篇 :&
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量子反常霍尔效应的示意图，拓扑非平庸的能带结构产生具有手征性的边缘态，从而导致量子反常霍尔效应
理论计算得到的磁性拓扑绝缘体多层膜的能带结构和相应的霍尔电导
“这个研究成果是从中国实验室里，第一次发表出来了诺贝尔物理奖级别的论文，这不仅是清华大学、中科院的喜事，也是整个国家发展中喜事。”4月10日，诺贝尔物理奖得主、清华大学高等研究院名誉院长杨振宁教授高度评价了我国科学家的重大发现――量子反常霍尔效应。
由清华大学薛其坤院士领衔、清华大学物理系和中科院物理研究所组成的实验团队从实验上首次观测到量子反常霍尔效应。美国《科学》杂志于3月14日在线发表这一研究成果。由于此前和量子霍尔效应有关的科研成果已经3获诺贝尔奖，学术界很多人士对这项“可能是量子霍尔效应家族最后一个重要成员”的研究给予了极高的关注和期望。那么什么是量子反常霍尔效应？对它的研究为什么引起世界各国科学家的兴趣？它的发现有什么重大意义？
突破摩尔定律瓶颈 加速推动信息技术革命进程
在认识量子反常霍尔效应之前，让我们先来了解一下量子霍尔效应。量子霍尔效应，于1980年被德国科学家发现，是整个凝聚态物理领域中重要、最基本的量子效应之一。它的应用前景非常广泛。
薛其坤院士举了个简单的例子：我们使用计算机的时候，会遇到计算机发热、能量损耗、速度变慢等问题。这是因为常态下芯片中的电子运动没有特定的轨道、相互碰撞从而发生能量损耗。而量子霍尔效应则可以对电子的运动制定一个规则，让它们在各自的跑道上“一往无前”地前进。“这就好比一辆高级跑车，常态下是在拥挤的农贸市场上前进，而在量子霍尔效应下，则可以在‘各行其道、互不干扰’的高速路上前进。”薛其坤打了个形象的比喻。
然而，量子霍尔效应的产生需要非常强的磁场，“相当于外加10个计算机大的磁铁，这不但体积庞大，而且价格昂贵，不适合个人电脑和便携式计算机。”薛其坤说，而量子反常霍尔效应的美妙之处是不需要任何外加磁场，在零磁场中就可以实现量子霍尔态，更容易应用到人们日常所需的电子器件中。
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村上春树连续五年与诺奖无缘 堪称最悲壮入围者
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诺贝尔文学奖得主谢默斯-希尼去世 享年74岁
2013年诺贝尔奖已于10月7日起陆续揭晓，各种获奖预测真伪难辨。
&&&&席勒：从国际和历史水平来讲，中国房价显然是高估了，但是资产价格过高和泡沫并不是一个等同的概念，很可能高估的资产价格可以维持一段时间，泡沫不一定很快会破灭。
&&&&诺贝尔经济学奖揭晓，美国经济学家尤金-法马、拉尔斯-皮特-汉森以及罗伯特-J-席勒获奖。诺贝尔官方网站消息称，该奖以表彰他们对“资产价格的实证分析”作出的贡献。
1.你对诺贝尔奖关注吗
2.你认为诺奖对中国股市影响大吗
诺贝尔奖是根据著名的瑞典科学家诺贝尔的遗嘱，以其名义和大部分遗产设立的永久性国际大奖。
中国作家莫言获2012年诺贝尔文学奖引发热议。
近年经济学奖获奖者盘点
20世纪60年代起，法马与几位合作者证明了股票价格在短期内极难预测，新的信息总是快速影响股价。这一发现不仅对以后的研究产生重要影响，也改变了市场惯例，世界各地涌现出的指数基金便是一个突出的例子。席勒随后发现，股价短期内虽然很难预测，长期走势却可以预测。而汉森则研究出一种统计方法，能够适用于检测资产定价的合理性。声明说，获奖者的研究成果奠定了人们目前对资产价格认知的基础。
日19时，2012年年度诺贝尔经济学奖揭晓，美国两位经济学家，加州大学洛杉矶分校教授罗伊德?沙普利（Lloyd S. Shapley）和哈佛大学教授埃尔文?罗斯（Alvin E. Roth）获此殊荣。沙普利和罗斯因为“稳定匹配和市场设计实践理论”获奖，简单说，匹配理论主要关注的是，在一些与价格无关的特殊市场中，如何公平、高效地把人与事物进行匹配。所谓“特殊市场”，是指除经济学原理发挥作用外，还受社会、道德、法律等多重因素共同影响的市场，其资源配置更为复杂，需要不断优化完善市场设计。
日的获奖者名单一经公布，几乎所有的经济学人都有实至名归之感。如此众望所归的学者就是托马斯?萨金特（Thomas Sargent）和克里斯托弗?西姆斯（Christopher Sims）。这两位共享桂冠的经济学家的研究领域是相对独立的，深究之下不难发现，两位经济学家都十分强调并重视理性预期在实证分析和计量中的意义。萨金特是理性预期学派的奠基人，而西姆斯为现代计量经济学的领路人。两人还是缘分匪浅的同窗。
美国经济学家彼得?戴蒙德和戴尔?莫滕森，以及具有英国和塞浦路斯双重国籍的经济学家克里斯托弗?皮萨里季斯，共同摘得2010年诺贝尔经济学奖桂冠。三位经济学者的获奖理由是：对“经济政策如何影响失业率”理论的进一步分析。他们的理论可解释许多经济现象，如“存在很多职位空缺时，为何仍有众多人失业”。他们建立的经济模型还有助于理解“规章制度和经济政策如何影响失业率、职位空缺和工资”。
2009年度诺贝尔经济学奖授予美国印第安纳州大学经济学教授艾利诺-奥斯特罗姆(Elinor Ostrom)和加州大学伯克利分校经济学家奥利弗-E-威廉姆森(Oliver E. Williamson)，以表彰他们对经济管理行为的卓越分析，尤其是奥斯特罗姆对公共经济管理行为的贡献和威廉姆森对企业边界经济管理的分析。埃莉诺奥斯特罗姆也成为诺贝尔经济学奖诞生以来产生的首位女性得主。她的研究强调人类和生态系统如何相互影响，从而提供可持续的长期使用资源的方式。
瑞典皇家科学院诺贝尔奖委员会宣布将2008年度诺贝尔经济学奖授予美国经济学家、普林斯顿大学教授保罗-克鲁格曼(Paul Krugman)。克鲁格曼的理论研究领域是贸易模式和区域经济活动。保罗-克鲁格曼(Paul Krugman)曾任美国麻省理工学院经济学教授。在上个世纪90年代，克鲁格曼成功预言了“1997年亚洲金融危机”。当时，他提出所谓的“亚洲奇迹”是“建立在浮沙之上，迟早幻灭”。具体指，亚洲在高速发展的繁荣时期，已潜伏着深刻的经济危机，将在一定时间内进入大规模调整。
瑞典皇家科学院将2007年诺贝尔经济学奖授予莱昂尼德?赫维奇、埃里克?马斯金和罗杰?迈尔森3名经济学家，以表彰他们在创立和发展“机制设计理论”方面所作的贡献。“机制设计理论”最早由赫维奇提出，马斯金和迈尔森则进一步发展了这一理论。这一理论有助于经济学家、各国政府和企业识别在哪些情况下市场机制有效，哪些情况下市场机制无效。诺贝尔经济学奖可以颁发给单个人，也可以最多由3人分享，其主要目的是表彰有关人员在宏观经济学、微观经济学、新的经济分析方法等领域所作的贡献。
瑞典皇家科学院将这一经济学最高荣誉颁给了美国哥伦比亚大学教授、就业与增长理论的著名代表人物埃德蒙?菲尔普斯(Edmund S.Phelps)，以表彰他在加深人们对于通货膨胀和失业预期关系的理解方面所做的贡献，菲尔普斯教授的研究方向主要集中于宏观经济学的各个领域，被誉为“现代宏观经济学的缔造者”和“影响经济学进程最重要的人物”之一。菲尔普斯教授最重要的贡献在于经济增长理论。他继罗伯特?索洛之后，对经济增长的动态最优化路径进行了分析，提出了著名的“经济增长黄金律”。
2013年诺奖对股市的影响领域猜测
□ &&&&医学奖方面，2013年度拉斯克奖揭晓是人工耳蜗研究获奖，拉斯克医学奖有“美国的诺贝尔奖”之美誉，相关个股如海南海药。[]
□ &&&来自清华大学、中科院物理所的科学家团队首次实验观测到了“量子反常霍尔效应”。这一成果曾在美国《科学》杂志发表。这一发现可被用于发展新一代低能耗晶体管和电子学器件，进而推动信息技术的进步。此前，整数量子霍尔效应、分数量子霍尔效应的发现者都分别获得了诺贝尔物理奖，而量子反常霍尔效应被认为可能是霍尔效应家族的最后一个重要成员。[]
□ &&&&DNA纳米技术的突破，有利于基因测序水平提升。基因测序应用广泛，在医学健康领域，有望为肿瘤的治疗提供个性化解决方案，在农业领域，基因组指导的分子育种已经开始广泛应用，通过分子标记进行选择性育种，可以加速新品种的培育周期和品种质量及多样性。[]
2013年诺贝尔奖得主盘点
近3年部分诺贝尔奖得主
2012年医学奖得主日本山中伸弥
2012年物理学奖得主法国阿罗什和美国瓦恩兰
2012年和平奖得主美国罗伯特和布莱恩
2012年和平奖得主欧盟（主席巴罗佐）
2012年经济学奖得主Roth
2012年文学奖得主莫言
2011年医学奖得主布鲁斯-巴特勒
2011年医学奖得主朱尔斯-霍夫曼
2011年医学奖得主拉尔夫-斯坦曼
2011年物理学奖得主珀尔马特
2011年物理学奖得主施密特
2011年物理学奖得主亚当-黎斯
2011年化学奖得主丹尼尔-舍特曼
2011年文学奖得主特兰斯特勒默
2011年和平奖得主利比里亚女总统
2010年医学奖得主英国家爱德华兹
2010年物理学奖得主英国安德烈和诺沃肖罗夫
2010年化学奖得主理查德/根岸英一/铃木章
2010年经济学奖得主美国戴蒙德/莫特森/英裔皮萨里德斯
2010年物理学奖得主秘鲁作家巴尔加斯-略萨折桂
获得诺贝尔奖的华裔科学家盘点
物理奖 2009年
化学奖 2008年
物理奖 1998年
物理奖 1997年
化学奖 1986年
物理奖 1976年
物理奖 1957年
物理奖 1957年
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