簡介
三維量子霍爾效應是由復旦大學物理學系修發賢課題組在拓撲半金屬砷化鎘納米片中首次觀測到的。經實驗研究，其團隊發現了由三維“外爾軌道”形成的新型三維量子霍爾效應的直接證據，邁出了從量子霍爾效應從二維到三維的關鍵一步。
研究發展歷程
量子霍爾效應是20世紀以來凝聚態物理領域最重要的科學發現之一，迄今已有四個諾貝爾獎與其直接相關。但一百多年來，科學家們對量子霍爾效應的研究仍停留於二維體系，從未涉足三維領域。
早在130多年前，美國物理學家霍爾就發現，對通電的導體加上垂直於電流方向的磁場，電子的運動軌跡將發生偏轉，在導體的縱向方向產生電壓，這個電磁現象就是“霍爾效應”。如果將電子限制在二維平面內，在強大的磁場作用下，電子的運動可以在導體邊緣做一維運動，變得“講規則”“守秩序”。
但以往的實驗證明，量子霍爾效應只會在二維或者準二維體系中發生。但三維體系中存在量子霍爾效應嗎？如果有，電子的運動機制是什麼？
台北時間2018年12月18日零點，復旦大學物理學系修發賢課題組關於三維量子霍爾效應的相關研究成果以《砷化鎘中基於外爾軌道的量子霍爾效應》（“QuantumHalleffectbasedonWeylorbitsinCd3As2”）為題線上發表於《自然》（Nature，DOI：10.1038/s41586-018-0798-3。）雜誌上。這是人類歷史上首次在一種材料中發現的三維量子霍爾效應，為今後的進一步科研探索提供了一定的實驗基礎。
發現意義
基於三維拓撲半金屬材料Cd3As2，發現一種新型的量子霍爾效應，提出了三維量子霍爾效應的來源於三維“外爾軌道”的觀點。利用楔形Cd3As2納米片，發現樣品厚度對量子霍爾輸運產生極大的調製。朗道能級與磁場強度以及方向，以及樣品厚度的依賴關係，與理論預測符合。
在套用方面這個材料體系具有非常高的遷移率，電子的傳輸和回響很快，可以在紅外探測、電子自鏇方面做一些原型器件。是凝聚態物理領域重要的科學進展。
