霍尔效应是磁电效应的一种，由美国物理学家霍尔（A.H.Hall，1855—1938）于1879年发现。说起来是个挺高大上的现象，但本质还是高中物理里学过的：磁场中，运动的电荷会受到洛伦兹力，其路径会发生偏移。【作业题：还记得用那只手判断运动方向吗？】

当电荷偏移之后，就会形成电场，在导体的垂直于磁场和电流方向的两个端面之间会出现电势差，这一现象便是霍尔效应。

霍尔效应的发现是基于电子在电场与磁场中的耦合场中的运动，请注意时间点，1879年，此时电子还没被发现（1897年）。但根据霍尔效应做成的霍尔元器件，通过磁控制电，实现了神奇的传感和遥控功能，在那个年代，想想会有多么神奇吧。1980年，德国物理学家在研究极低温度和强磁场中的半导体中发现了量子霍尔效应，从而斩获1985年的诺贝尔物理学奖。1982年，美籍华裔物理学家崔琦和美国物理学家在更强磁场下研究量子霍尔效应时发现了分数量子霍尔效应，为此获得了1998年的诺贝尔物理学奖。2005年，英国科学家在实验中观察到石墨烯在常温下存在量子霍尔效应，于是2010年诺奖又被霍尔效应纳入囊中。分数量子霍尔效应的发现和应用推广，可以成为搭建拓扑量子计算机的基础，因此备受瞩目。

霍尔效应之所以能够屡获大奖，还是因为它特别特别特别的有用。可以说，目前人类日常生活中常用的很多电子器件都来自霍尔效应。比如汽车上的信号传感器、ABS系统中的速度传感器、汽车速度表和里程表、液体物理量检测器、各种用电负载的电流检测及工作状态诊断、发动机转速及曲轴角度传感器、耳机等电子产品上的开关等。

2007年，美国华裔物理学家，中国科学院外籍院士，斯坦福大学终身教授张首晟教授预言了“量子自旋霍尔效应”，之后被实验证实。这发现被认为是设计低功率的“自旋电子学”计算设备的基础，成果被美国《科学》杂志评出的2007年十大科学进展之一。张首晟教授曾说过：“‘量子自旋霍尔效应’的理论研究以及产业化开发，对科学界和信息产业界来说，都将是一次大洗牌的机会。这一领域的突破所带来的历史机遇，对中国的基础研究和产业界的自主创新也都是十分难得的。希望国家有计划地大力投入，做好战略布局，瞄准这一理论预言展开更广泛的探索，加快研究步伐，抢占自主创新制高点”。可惜的是，2018年12月6日，张首晟的家人发布声明，确认张首晟于12月1日因抑郁症意外去世。

2010年，中科院物理所方忠、戴希带领的团队与张首晟教授等合作，从理论与材料设计上取得了突破，找到了一种实现量子反常霍尔效应的最佳体系。2013年3月15日，《科学》在线发表了中国科学家薛其坤团队发现“量子反常霍尔效应”的消息。该理论与材料设计的突破引起了国际上的广泛兴趣，许多世界顶级实验室都争相投入到这场竞争中来，沿着这个思路寻找量子反常霍尔效应。

量子反常霍尔效应的发现和应用，可以发展新一代的低能耗晶体管和电子学器件，从而解决电脑发热问题和摩尔定律的瓶颈问题，从而无需高强磁场，就可以制备低能耗的高速电子器件，例如极低能耗的芯片，进而设计成为全拓扑量子计算机。

科技改变生活，这就是霍尔效应！