明天中午三維通訊有量子通訊嗎，清華學(xué)院化學(xué)學(xué)系修發(fā)賢課題組關(guān)于三維量子霍爾效應(yīng)的突破性原創(chuàng)成果在線發(fā)表于《自然》()。20世紀(jì)以來，已有四個諾貝爾獎與量子霍爾效應(yīng)直接相關(guān)。而此前這一領(lǐng)域的研究仍逗留于二維體系。在本次成果中，修發(fā)賢院長課題組在拓?fù)涞依税虢饘偕榛k材料里觀測到三維量子霍爾效應(yīng)，通過實(shí)驗(yàn)證明電子的隧穿過程，邁出從二維到三維的關(guān)鍵一步，開拓了全新的研究維度。
據(jù)修發(fā)賢介紹，該效應(yīng)與傳統(tǒng)的二維量子霍爾不同，存在特殊的電子軌道，稱為外爾軌道，電子可以從上表面穿越到下表面三維通訊有量子通訊嗎，之后再回到上表面。打個比方，一個屋子有天花板和地面，產(chǎn)生三維空間，電子可以從天花板穿越屋子抵達(dá)地面，之后從地面再回到天花板。
去年，修發(fā)賢課題組快于美國和英國的科學(xué)家們，率先發(fā)覺了量子霍爾效應(yīng)。事實(shí)上，今年11月，課題組已在《自然·通訊》上率先發(fā)布了相關(guān)成果，一兩個月后德國和日本也觀測到了類似的結(jié)果。但彼期限于實(shí)驗(yàn)條件，實(shí)際的電子運(yùn)動機(jī)制并不明晰。
修發(fā)賢表示，其難點(diǎn)在于材料的制備和元件的檢測。首先對材料的要求十分高，必須才能精確的控制長度，以及具備高遷移率。第二個難點(diǎn)在于檢測必須在極端條件下進(jìn)行，即零下270多度高溫和三十多特斯拉強(qiáng)磁場(地磁場的百萬倍)。
后來，課題組創(chuàng)新性地借助楔形樣品實(shí)現(xiàn)可控的長度變化，即把電子運(yùn)動的“房子”放歪，“屋頂被傾斜了，房屋內(nèi)部上下表面的距離都會發(fā)生變化”，修發(fā)賢介紹。通過實(shí)驗(yàn)發(fā)覺，電子在其中的運(yùn)動軌道能量直接遭到樣品長度的影響。這說明隨著樣品長度的變化，電子的運(yùn)動時間也在變。所以，電子在做與樣品長度相關(guān)的橫向運(yùn)動，其隧穿行為被證明了。
2英寸單晶硅薄膜
該成果證明，拓?fù)涞依税虢饘偕榛k材料電子的傳輸和響應(yīng)很快，遷移率達(dá)到10萬，而目前使用的半導(dǎo)體材料通常只有幾百遷移率。目前，該研究已能將砷化鎘制備成2英寸單晶硅薄膜。未來或可用于低煤耗電子元件，在紅外偵測、電子載流子方面做一些原型元件。