2018年度国家科技奖励大会于2019年1月8日在北京举行，中国科学院院士、清华大学副校长薛其坤教授领导的清华大学、中科院物理研究所实验团队完成的“量子反常霍尔效应的实验发现”项目，获得本年度国家自然科学奖项中唯一的一等奖。
那么，量子反常霍尔效应到底是一种怎样的物理现象，它的发现为何能引起如此巨大的反响，利用它真的能够造出下一代电子计算机吗？
这篇文章将从经典电磁学中的霍尔效应说起，逐步带领各位读者一窥当今固体物理学研究的最前沿。
霍尔效应——老树开新花
不难看出“量子反常霍尔效应”的名字中有“霍尔效应”这个中心词，无论多么“量子”，多么“反常”，认祖归宗之后本质上还是一种“霍尔效应”。这一电磁学领域的经典效应发现于140年前，现早已成为了高中物理课本中的重要内容。我们且做一个简单回顾，唤醒各位读者沉睡已久的记忆。
【1879年，24岁的霍尔（E•H•Hall）是约翰·荷普金斯大学罗兰教授的研究生。当时还没有发现电子，也没有人知道金属中导电的机理，科学家们对很多问题持不同的看法。霍尔注意到著名的英国物理学家麦克斯韦和瑞典物理学家爱德朗在一个问题上的分岐：
●麦克斯韦在《电磁学》一书中写道：“在导线中，电流的本身完全不受磁铁接近或其它电流的影响。”
●爱德朗在一篇文章中说：“磁铁作用在固态导体中的电流上，恰如作用在自由运动的导体上一样。”
霍尔在罗兰教授的支持下，准备用实验来回答这样一个问题：磁场对于在导线中通过的电流到底有没有影响？霍尔设想，如果在固定导体中的电流本身被磁铁吸引，那么电流会被拉向导线的一侧，因而电阻应该增加。实验进行了许多次，第一次在磁场中放进一个通以电流的银制扁平螺线，未发现电阻增大现象；第二次在磁场中放进一个通以电流的金属圆盘，也未发现电阻增大现象；第三次考虑到金属圆盘太厚了，所以改成薄金箔代替，结果成功了。图1是霍尔笔记中的实验示意图，标明了在磁场的影响下，在电流方向和磁场方向的垂直方向上出现了电势差（能产生电流）。
霍尔将这一发现以《磁铁对电磁的新作用》一文发表于当年《美国数学杂志》上。当时新闻界誉为“过去五十年中电学方面最重要的发现。”著名的英国物理学家开尔文认为，霍尔的发现可以和法拉第发现电磁感应相比拟。
青年霍尔一举成功的事实说明，青年人不应该迷信权威，权威之间也不是完全一致的，也有矛盾，也有分岐，只有通过事实（实验）才能检验出是非来，而且检验的过程很可能孕育着新发现和新突破。】
霍尔效应是指，如果将条形导体置入与其表面垂直的磁场，并在长度方向通过电流时，导体内的电荷将在洛伦兹力的作用下偏向导体的某条长边，继而在导体内部宽度方向上产生（霍尔）电压的现象。下方的示意图非常清晰的表现了霍尔效应的产生原理。
霍尔效应示意图，作者Peo
最初，自由电子在未通电的导体内部做不规则的杂乱运动。
动图1：未通电导体中无规则运动的电子，来源：中国科普博览
当在两端外接电源导线，形成回路后，电流从导体流过，导体内电子做沿着长度方向的漂移运动。
