中国科大与国内外合作首次观测到三维量子霍尔效应

从八十年代初在二维电子体系中发现至今，量子霍尔效应作为超导之外的另一个著名宏观量子现象在凝聚态物理中催生出了一个越趋活跃的研究领域。其内在本质，是将数学中的拓扑概念引入物理，超越了Landau根据对称性破缺理论对物质分类的传统标准，为近年的拓扑物态与拓扑材料的快速发展奠定了基础。

量子霍尔效应是否只存在于二维体系？这个基础问题从二维量子霍尔效应发现后不久即引起领域的关注。早在1987年，Bertrand Halperin从理论上就预言了三维量子霍尔效应的存在和它的测量特征。但要验证这个新奇效应，对材料体系与测量手段的要求都非常高；尽管已有诸多尝试，实验上仍缺乏可信的观测证据。

合肥微尺度物质科学国家研究中心国际功能材料量子设计中心（ICQD）和物理系的乔振华教授与南方科技大学张立源教授、新加坡科技设计大学杨声远教授、美国佛罗里达州立大学的杨昆教授、麻省理工学院的Patrick A. Lee教授和布鲁海文国家实验室的Genda Gu教授等理论与实验合作，在碲化锆（ZrTe₅）块体单晶体材料中首次观测到三维量子霍尔效应的明确证据，并指出该效应可能是由于磁场下相互作用产生的电荷密度波诱导的。这一重要研究成果5月9日在线发表在国际权威学术期刊《自然》上。