第二看臺
20世紀以來，凝聚態物理領域有著諸多的科學發現，當中量子霍爾效應是最重要之一，直至如今，已有四個諾貝爾獎和其直接相關，然而，一百多年來，三維量子霍爾效應一直都是科學家心里的宛如一片圣地般的存在，一直到去年12月，我國復旦大學物理學系修發賢課題組才揭示，人類首次觀測到三維量子霍爾效應 。
近日而言，中國科技大學跟合作團隊，在《自然》上刊登了論文，表明他們借助實驗驗證了三維量子霍爾效應，還發現金屬 - 絕緣體出現了轉換。
電信號與磁信號轉換的橋梁
在此之前，科學家針對量子霍爾效應展開的研究僅僅是停留在二維體系方面，然而對于三維體系而言也只是存在著無盡的猜測。修發賢團隊發覺了由三維“外爾軌道”所形成的新型三維量子霍爾效應的直接證據，這邁出了量子霍爾效應從二維過渡至三維的關鍵一步。
此次，合作研究團隊是來自中國科技大學，他們在之后緊緊跟隨，進一步對三維量子霍爾效應進行了證實，并且對顯著的拓撲絕緣體現象做成了驗證。
霍爾效應是美國物理學家E.霍爾于1879年在實驗里發現的，是以他的人名來命名并且流傳于世間。其一核心理論是，帶電的粒子，像電子這種，在磁場里面運動的時候會受到洛倫茲力的作用進而發生偏轉，所以在磁場中的電流也有發生偏轉的可能性。當電流垂直于外磁場通過半導體時，載流子會發生偏轉，在導體兩端堆積電荷進而在導體內部產生電場，其方向垂直于電流以及磁場的方向。當電場力和洛倫茲力達到平衡時，載流子就不再偏轉了。此時，半導體的兩端會形成電勢差，這一現象稱作霍爾效應高中物理霍爾效應，這個電勢差又被叫做霍爾電勢差。
總的來講，霍爾效應實際上是電信號跟磁信號之間的橋梁，在任何將電信號轉變成磁信號的地方，都能夠存在霍爾傳感器。
和我們現實生活關聯緊密的，是這個表面看起來高深莫測的概念：像是在汽車里頭放置霍爾元件，能夠對發動機轉速、車輪的轉速和方向位移予以測量；又比如說，把霍爾元件置于電動自行車內，能夠制作成控制電動車行進速度的轉把。
量子霍爾效應停留在二維空間
1980年，那是在霍爾效應被發現100年之后，德國有位青年教師叫克勞斯·馮·克利青，他借助理論分析，開展實驗，進而發現了整數量子霍爾效應，這把霍爾效應引領到了量子所屬的領域 。
馮·克利青發覺，量子霍爾效應通常是于超低溫以及強磁場等這種極端條件之下出現的，在這般極端條件里，電子的偏轉并非和普通霍爾效應那般，而是變得更為劇烈，并且其偏轉半徑變得很小，好像就在導體內部圍繞著某一個點不停地轉圈圈，這意味著，導體中間的那部分電子被 “鎖住” 了，要想讓電流導通就只能沿著導體的邊緣行進，鑒于這些發現，他于 1985 年榮獲諾貝爾物理學獎。
雖說量子霍爾效應是諾貝爾獎的常客，然而相關研究僅僅局限于二維量子系統之中，畢竟我們身處三維空間里，要是將其延伸至三維系統，量子霍爾效應會呈現出怎樣的不一樣呢？
另辟蹊徑驗證三維量子霍爾效應
此前實現三維量子霍爾效應所依據的思路，主要乃是把二維量子系統予以堆疊。然而經由這般操作所獲取的僅僅是準二維量子霍爾效應，并未觀測到顯著的量子霍爾電阻，也沒有看到電子于空間的震蕩。
我國科學家不走尋常路，挑選了有著差異的材料，修發賢課題組所選的是砷化鎘楔形納米結構，中國科技大學團隊所選的是碲化鋯三維晶體，這些被視作拓撲絕緣體的三維納米結構當中，已有科學家觀測到像二維量子霍爾效應那般類似的現象，也就是其一個朝向的電阻呈現出臺階式的變化物業經理人，還有一個朝向的電阻體現為震蕩，而我們分別在全球首次達成了對三維量子霍爾效應的觀測以及驗證。
此次研究里，中國科技大學團隊又針對材料之導電特性做了“大掃描”，得出金屬 - 絕緣體的轉換規律，即人們可借由控制溫度以及外加磁場達成金屬 - 絕緣體的轉化，這一原理能夠用以制造“量子磁控開關”一類的電子元器件，三維量子霍爾效應材料中的電子遷移率俱為快速著，電子能夠迅速傳輸且響應，于紅外探測、電子自旋器件等層面存有應用前景高中物理霍爾效應，再者，三維量子霍爾效應鑒于具備量子化的導電特性，還可應用于特殊的載流子傳輸系統。