测发动机转速、控制电动车速度 霍尔效应其实离生活很近

　　可测量汽车发动机转速、控制电动车行进速度
　　看似高深的霍尔效应，其实离生活很近

　　第二看台

　　量子霍尔效应是20世纪以来凝聚态物理领域最重要的科学发现之一，迄今已有四个诺贝尔奖与其直接相关。但是三维量子霍尔效应一百多年来都是科学家们心中的一片圣地，直到去年12月，我国复旦大学物理学系修发贤课题组才公布，人类首次观测到三维量子霍尔效应。

　　而近日，中国科技大学与其合作团队在《自然》刊登论文表示，他们通过实验验证了三维量子霍尔效应，并发现了金属-绝缘体的转换。

　　电信号与磁信号转换的桥梁

　　之前，科学家对于量子霍尔效应的研究仅仅停留于二维体系，而对于三维体系也只有无尽的猜测。修发贤团队发现了由三维“外尔轨道”形成的新型三维量子霍尔效应的直接证据，迈出了量子霍尔效应从二维到三维的关键一步。

　　此次，中国科技大学的合作研究团队紧随其后，进一步证实了三维量子霍尔效应并验证了显著的拓扑绝缘体现象。

　　霍尔效应由美国物理学家E.霍尔于1879年在实验中发现，以其人名命名并流传于世。其核心理论就是，带电粒子（例如电子）在磁场中运动时会受到洛伦兹力的作用发生偏转，那么在磁场中的电流也有可能发生偏转。当电流垂直于外磁场通过半导体时，载流子发生偏转，在导体两端堆积电荷从而在导体内部产生电场，其方向垂直于电流和磁场的方向。当电场力和洛伦兹力相平衡时，载流子不再偏转。而此时半导体的两端会形成电势差，这一现象就是霍尔效应，这个电势差也被称为霍尔电势差。

　　总的来说，霍尔效应其实是电信号与磁信号的桥梁，任何电信号转换为磁信号的地方都可以有霍尔传感器。

　　这个看似高深的概念，其实和我们的生活很近：比如我们将霍尔元件放在汽车中，可以测量发动机的转速，车轮的转速及方向位移；再比如，将霍尔元件放在电动自行车中，可以做成控制电动车行进速度的转把。

　　量子霍尔效应停留在二维空间

　　在霍尔效应发现100年后的1980年，德国青年教师克劳斯