上海9月28日電 (記者 許婧)記者從28日舉行的上海交通大學李聽昕、劉曉雪團隊“分數量子反常霍爾效應”成果新聞發布會上獲悉，上海交通大學李聽昕、劉曉雪團隊發現並驗證零磁場條件下分數量子反常霍爾效應的存在的成果發表在物理學研究領域的著名期刊《物理學評論X》上，並被重點推薦。
這一成果在該領域內實現了突破性的進展，而且團隊通過原創的新型器件的製備方法為後續的一係列研究鋪平了道路。該研究開啟了零磁場條件下研究分數電荷激發、任意子統計等新奇物性的大門，為拓撲量子計算等研究提供了新的可能與機遇。
凝聚態物理領域的量子霍爾效應的相關研究曾經三獲諾獎，一次是二維電子係統中量子霍爾效應的發現，另一次是分數量子霍爾效應的發現。但是這兩次發現都是在強磁場情況下產生的現象，還有一次則是與量子霍爾效應相關的理論發現。
美國科學家霍爾(Edwin Hall)在1879年研究金屬的導電機製時發現，給一塊導體施加電流和一個垂直於電流方向的磁場，產生了“霍爾電壓”，該效應被稱為霍爾效應。根據霍爾效應原理製成的霍爾傳感器，在速度傳感等方麵至今應用廣泛。
1980年初，德國物理學家K. von Klitzing在研究二維電子係統的霍爾電阻時，發現極低溫和強磁場的極端條件下，樣品的霍爾電阻出現了一係列量子化的平台，並且縱向電阻會相應呈現出零電阻態。這一現象被稱之為整數量子霍爾效應。
後來，理論物理學家意識到，必須要利用數學中的拓撲理論，將拓撲的概念引入物理研究，才能完整理解整數量子霍爾效應，由此開啟了拓撲物理研究時代。整數量子霍爾效應，也成為人類發現的第一種拓撲量子物態。
通常，真空中的電子總是帶整數的電荷數，不可能出現帶分數的電荷；上海交大物理與天文學院副教授李聽昕說，在後來驚人發現的分數量子霍爾效應中，一個電子就好像可以分裂成三份，每一份都帶1/3電荷。可以說，分數量子霍爾效應是本質上不同於整數量子霍爾效應的強關聯量子物態，是一種奇異的量子流體，成為拓撲量子計算的重要候選方案之一。
然而，有正常效應，就可能有反常效應。美國理論物理學家D. Haldane在1988年計算得出：可以出現零磁場下的整數量子霍爾效應，後來被稱作：量子反常霍爾效應。這一理論工作也是他獲得2016年諾貝爾物理學獎的代表性工作之一。
近年來，基於二維材料莫爾超晶格係統，國際國內的研究者們在有關分數量子反常霍爾效應的理論和實驗研究方麵開展了大量探索，最終將目光聚焦到轉角MoTe2體係。今年4-5月，美國華盛頓大學Xiaodong Xu研究團隊和美國康奈爾大學Kin Fai Mak，Jie Shan研究團隊分別獨立地報道了轉角MoTe2中存在有分數量子反常霍爾態的跡象。但光學測量手段一般難以給出分數量子反常霍爾效應存在的直接確鑿證據。
最近，李聽昕、劉曉雪團隊(實驗)與美國田納西大學張陽團隊(理論)合作，在分數量子反常霍爾效應研究方麵取得了突破性進展。他們設計製備了新型轉角MoTe2莫爾超晶格器件，通過開展電學輸運實驗，直接觀測到分數量子反常霍爾效應存在的確鑿證據，該工作是國際上同期兩個獨立實驗工作之一(另一實驗工作由美國華盛頓大學Xiaodong Xu研究團隊完成)。
該工作得到了審稿人的高度評價，被認為是領域內的突破性進展，且原創的新型器件製備方法為後續一係列圍繞分數量子反常霍爾效應的研究鋪平了道路。該研究開啟了零磁場條件下研究分數電荷激發、任意子統計等新奇物性的大門，為拓撲量子計算等研究提供了新的可能和機遇。
本工作獲得了科技部、基金委，上海市科委等項目的資助。極低溫測量部分在中國科學院綜合極端條件實驗裝置完成，本論文的合作者還包括上海交通大學物理與天文學院賈金鋒院士，薑生偉副教授和史誌文教授。(完)