測發(fā)動機轉速、控制電動車速度 霍爾效應其實離生活很近

　　可測量汽車發(fā)動機轉速、控制電動車行進速度
　　看似高深的霍爾效應，其實離生活很近

　　第二看臺

　　量子霍爾效應是20世紀以來凝聚態(tài)物理領域最重要的科學發(fā)現(xiàn)之一，迄今已有四個諾貝爾獎與其直接相關。但是三維量子霍爾效應一百多年來都是科學家們心中的一片圣地，直到去年12月，我國復旦大學物理學系修發(fā)賢課題組才公布，人類首次觀測到三維量子霍爾效應。

　　而近日，中國科技大學與其合作團隊在《自然》刊登論文表示，他們通過實驗驗證了三維量子霍爾效應，并發(fā)現(xiàn)了金屬-絕緣體的轉換。

　　電信號與磁信號轉換的橋梁

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

　　此次，中國科技大學的合作研究團隊緊隨其后，進一步證實了三維量子霍爾效應并驗證了顯著的拓撲絕緣體現(xiàn)象。

　　霍爾效應由美國物理學家E.霍爾于1879年在實驗中發(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）在磁場中運動時會受到洛倫茲力的作用發(fā)生偏轉，那么在磁場中的電流也有可能發(fā)生偏轉。當電流垂直于外磁場通過半導體時，載流子發(fā)生偏轉，在導體兩端堆積電荷從而在導體內部產生電場，其方向垂直于電流和磁場的方向。當電場力和洛倫茲力相平衡時，載流子不再偏轉。而此時半導體的兩端會形成電勢差，這一現(xiàn)象就是霍爾效應，這個電勢差也被稱為霍爾電勢差。

　　總的來說，霍爾效應其實是電信號與磁信號的橋梁，任何電信號轉換為磁信號的地方都可以有霍爾傳感器。

　　這個看似高深的概念，其實和我們的生活很近：比如我們將霍爾元件放在汽車中，可以測量發(fā)動機的轉速，車輪的轉速及方向位移；再比如，將霍爾元件放在電動自行車中，可以做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

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