三维量子霍尔效应，三维空间霍尔效应是什么现象

全称应该为：“基于外尔轨道的三维量子霍尔效应”，由我国科学家观测到，研究成果已经于12月18日发表于《自然》主刊。

什么是霍尔效应？

就当复习高中知识了，美国物理学家霍尔在1879年发现了这种电磁现象，当电流垂直于外磁场穿过半导体载流子发生偏转，致使半导体上下两面产生电势差，这种电磁现象就被称为霍尔效应。至于载流子的偏转方向可以通过左手定则判断，简单的说就是带电粒子在磁场中受安培力发生偏转。

什么是量子霍尔效应？

随着量子力学的发展，霍尔效应也发展出了量子力学版本的。只有在低温强磁场的极端条件下才可以被观察到，此时霍尔电阻与磁场不再呈现线性关系，而出现量子化。量子霍尔效应主要包括整数量子霍尔效应和分数量子霍尔效应的统称，以上两个都分别获得了诺贝尔奖。而上边的两种量子霍尔效应都是在二维或者准二维体系下才能被观测到。

基于外尔轨道的三维量子霍尔效应

而我国复旦大学物理学系修发贤课题组在拓扑狄拉克半金属砷化镉材料里观测到了三维量子霍尔效应，在这里发现了一个特殊的电子轨道被称为外尔轨道，电子可以通过该轨道从上表面来到下表面之后再返回上表面，这在之前的实验从来没有被发现过的。修发贤团队通过实验证明了电子的隧穿过程，这是量子霍尔效应从二维跨向三维的关键性一步。

以上就是简单的介绍，在深层次的小编也并不太懂了，就不深挖了！感兴趣的可以去找专业论文看一看。

霍尔效应是电磁效应的一种，这一现象是美国物理学家霍尔（E.H.Hall，1855—1938）于1879年在研究金属的导电机制时发现的。当电流垂直于外磁场通过半导体时，载流子发生偏转，垂直于电流和磁场的方向会产生一附加电场，从而在半导体的两端产生电势差，这一现象就是霍尔效应，这个电势差也被称为霍尔电势差。霍尔效应使用左手定则判断。

在1879年被物理学家霍尔发现，它定义了磁场和感应电压之间的关系，这种效应和传统的电磁感应完全不同。当电流通过一个位于磁场中的导体的时候，磁场会对导体中的电子产生一个垂直于电子运动方向上的作用力，从而在垂直于导体与磁感线的两个方向上产生电势差。

虽然这个效应多年前就已经被人们知道并理解，但基于霍尔效应的传感器在材料工艺获得重大进展前并不实用，直到出现了高强度的恒定磁体和工作于小电压输出的信号调节电路。根据设计和配置的不同，霍尔效应传感器可以作为开/关传感器或者线性传感器，广泛应用于电力系统中。

在半导体上外加与电流方向垂直的磁场，会使得半导体中的电子与空穴受到不同方向的洛伦兹力而在不同方向上聚集，在聚集起来的电子与空穴之间会产生电场，电场力与洛伦兹力产生平衡之后，不再聚集，此时电场将会使后来的电子和空穴受到电场力的作用而平衡掉磁场对其产生的洛伦兹力，使得后来的电子和空穴能顺利通过不会偏移，这个现象称为霍尔效应。而产生的内建电压称为霍尔电压。

方便起见，假设导体为一个长方体，长度分别为a、b、d，磁场垂直ab平面。电流经过ad，电流I = nqv(ad)，n为电荷密度。设霍尔电压为VH，导体沿霍尔电压方向的电场为VH / a。设磁场强度为B。