——　第二部分 国家自然科学基金项目成果巡礼　——

　　由清华大学薛其坤教授带领清华大学和中国科学院物理所科研人员组成的联合研究团队，在国家自然科学基金及其他项目的支持下，经过4年的努力攻关，在世界上首次实验实现量子反常霍尔效应。该研究成果于2013年3月15日在Science上发表。研究团队成员包括清华大学的王亚愚、陈曦、贾金锋，中科院物理所的马旭村、何珂、王立莉、吕力、方忠、戴希，以及斯坦福大学的张首晟。

　　大约130多年前，美国物理学家霍尔先后发现了霍尔效应和反常霍尔效应。最近几十年，随着人们对固体中量子现象的深入理解，量子化的霍尔效应成为凝聚态物理的重要研究方向。整数和分数量子霍尔效应分别于1985年和1998年获得诺贝尔物理奖。物理学家认为与霍尔效应相对应，反常霍尔效应也应该具有量子化的行为。量子化的反常霍尔效应是一种不需要外磁场就可以实现的量子霍尔效应，是量子霍尔效应能够走向应用的一个关键。自从1988年以来，已经提出了多种实现量子反常霍尔效应的理论方案，但是如何在实验上观测到这个效应仍是凝聚态物理学家面临的重要难题之一。

　　2008年，美国斯坦福大学/清华大学张首晟教授等首先提出在磁性拓扑绝缘体中实现量子反常霍尔效应的可能性。2010年，中科院物理所方忠、戴希研究员等与张首晟教授合作，预言磁性掺杂的Bi2Se3族三维拓扑绝缘体薄膜可能是实现量子反常霍尔效应的材料体系。国际上有许多一流的实验组也在这一重要研究方向努力，但都没有实现。自2009年起，薛其坤教授带领的团队开始了拓扑绝缘体和量子反常霍尔效应方面的研究。在几年内，他们实现了高质量拓扑绝缘体薄膜的分子束外延生长、拓扑表面电子态奇异性质的观测，特别是实现了对薄膜电子结构、磁有序态和能带拓扑结构的精密调控。2012年10月，该团队利用分子束外延生长了Cr掺杂的(Bi,Sb)2Te3薄膜，将其制备成输运器件并在极低温下对其反常霍尔效应进行了精密测量，发现此材料在零磁场中的反常霍尔电阻达到了量子霍尔效应的特征值h/e2～25.8千欧（图），从而首次在实验上观测到量子反常霍尔效应。量子反常霍尔效应的实验观测是凝聚态物理领域基础研究的一项里程碑式的发现，是中国物理学家对世界科学发展做出一项重要贡献。

　　该研究得到了国家杰出青年科学基金项目、重点项目和创新研究群体项目的资助。