具有自旋量子霍尔效应的拓扑材料，咖啡杯与甜甜圈拓扑等价

咖啡杯与甜甜圈可以在拓扑学上等价是因为甜甜圈和咖啡杯都只有一个洞，你服不服。拓扑材料的定义到底是什么？霍尔效应扯上量子力学，这样的拓扑材料是华人科学家发现的！

今天和大家聊聊具有自旋量子霍尔效应的拓扑材料，在开始之前要先说说著名的华裔物理学家，斯坦福大学教授张首晟，虽然这位老师已经离世，但是其学术贡献依然造福着人类。

张教授的学术领域叫做“凝聚态物理”，简单来说，就是研究那些聚合在一起的物理系统的性质。在之前，我们总是研究一个原子的性质如何如何，但现实生活中，原子时以庞大的数量存在于各种材料中的。譬如石墨这种材料里大量的碳原子以蜂窝状排列会产生奇异的电学性质，譬如可以形成超导体。

凝聚态物理的分支有很多，张教授研究的就是其中最前沿的拓扑材料。拓扑是一个几何学概念，拓扑学只关心物体形状的定性性质，如果两个物体身上的洞的数量一样多，我们就说这两个物体在拓扑上等价。着这个定义下，咖啡杯和甜甜圈拓扑等价，男人和女人不等价。

张教授在这个领域做出了巨大贡献，因为他做出了拥有自旋量子霍尔效应性质的拓扑材料，并被实验验证。霍尔效应在19实际末就被发现了，讲的是往一块扁平导体上加个磁场，再给导体通上电，流动的电子受到磁场的作用，在导体上建立新的电场，并且得到一个电阻，这个电阻跟导体的形状以及磁场的大小有关。

量子霍尔效应就是把加在导体上的磁场调到非常大，材料的电阻变得跟导体的形状以及磁场的大小都没有关系了，只取一些特定数值，就好像阶梯一样，是量子化的。这个就是拓扑性质，磁场小的时候，电子流动形状像面条，磁场大的时候，电子流动形状就变成了转圈圈，圈圈的拓扑结构上有一个洞，但是面条上没有洞，因此电阻变得只跟圈圈个数这样的拓扑性质有关。

自旋量子霍尔效应就是在没有外磁场的情况下，仅仅利用电子的自旋与自身轨道之间的相互作用就能产生量子霍尔效应。这种拥有稳定量子化电阻物理性质的材料给量子计算机的实现提供了可能性。量子计算机有多厉害，这么说吧，计算机再快，在面对量子计算机时就好像算盘遇上了计算机一样，绝对是一场技术革命。

好了，今天就介绍到这里了，你觉得人类什么时候能够发明商用甚至民用量子计算机？欢迎在留言区参与评论。

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