從古至今，一股看不見(jiàn)、無(wú)法觸摸和感知的力量在左右著宇宙，深深地牽動(dòng)著那些欲知“宇宙是何物，何物組成了宇宙”的科學(xué)家們。

4月5日，諾貝爾獎(jiǎng)得主、美籍華人物理學(xué)家丁肇中主持的大型粒子物理實(shí)驗(yàn)——阿爾法磁譜儀（AMS）實(shí)驗(yàn)組在《物理評(píng)論快報(bào)》（Physical Review Letters）發(fā)表了第一個(gè)物理研究結(jié)果，宣布發(fā)現(xiàn)超過(guò)40萬(wàn)個(gè)正電子，這些正電子可能來(lái)自人類(lèi)一直尋找的暗物質(zhì)。

宇宙中無(wú)所不在又無(wú)跡可尋的暗物質(zhì)似乎正從理論預(yù)言走向現(xiàn)實(shí)。作為當(dāng)代粒子物理及天體物理領(lǐng)域的一個(gè)熱門(mén)研究領(lǐng)域，暗物質(zhì)究竟是什么？怎么樣才能觀(guān)測(cè)？對(duì)人類(lèi)有什么意義？這些疑慮，再次縈繞在大眾的心頭。

■ 存在

科學(xué)家們證實(shí)：人類(lèi)在宇宙中能看到的物質(zhì)只占宇宙質(zhì)量的5%，而95%的宇宙由我們看不到的“暗物質(zhì)”和“暗能量”構(gòu)成

仰望蒼穹，我們看到的天體要么發(fā)光，如太陽(yáng)以及數(shù)不清的繁星；要么反光，如月亮。但有跡象表明，宇宙中還存在大量人們看不見(jiàn)的物質(zhì)。它們不發(fā)出可見(jiàn)光或其他電磁波，用天文望遠(yuǎn)鏡觀(guān)測(cè)不到，但它們能夠產(chǎn)生萬(wàn)有引力，對(duì)可見(jiàn)的物質(zhì)產(chǎn)生作用。

1915年，愛(ài)因斯坦根據(jù)他的相對(duì)論得出推論：宇宙的形狀取決于宇宙質(zhì)量的多少。他認(rèn)為，宇宙是有限封閉的。如果是這樣，宇宙中物質(zhì)的平均密度必須達(dá)到每立方厘米5×10的負(fù)30次方克。但是，迄今可觀(guān)測(cè)到的宇宙的密度卻比這個(gè)值小100倍。也就是說(shuō)，宇宙中的大多數(shù)物質(zhì)“失蹤”了，科學(xué)家將這種“失蹤”的物質(zhì)稱(chēng)為“暗物質(zhì)”。

那么，暗物質(zhì)的存在最早由誰(shuí)提出？

據(jù)公開(kāi)資料顯示，1932年，荷蘭天體物理學(xué)家?jiàn)W爾特（J·H·Oort）在研究太陽(yáng)附近的銀河系物質(zhì)密度時(shí)意外發(fā)現(xiàn)，這一區(qū)域所有恒星的質(zhì)量總和只占計(jì)算得到的引力質(zhì)量的30%-50%。換句話(huà)說(shuō)，在太陽(yáng)附近有一半以上能產(chǎn)生引力的物質(zhì)是看不見(jiàn)的。他因此提出了銀河系中存在大量暗物質(zhì)的假說(shuō)。

第一次發(fā)現(xiàn)暗物質(zhì)存在的證據(jù)已是5年后。1937年，美國(guó)加州工學(xué)院的瑞士天文學(xué)家弗里茲·扎維奇（Fritz Zwicky）發(fā)現(xiàn)，大型星系團(tuán)中的星系具有極高的運(yùn)動(dòng)速度，然而星系的運(yùn)行速度遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出萬(wàn)有引力公式計(jì)算出的結(jié)果，除非星系團(tuán)的質(zhì)量是根據(jù)其中恒星數(shù)量計(jì)算所得到的值的100倍以上，否則星系團(tuán)根本無(wú)法束縛住這些星系。這個(gè)有些復(fù)雜的推導(dǎo)表明，除了人類(lèi)已知的星系團(tuán)核心物質(zhì)對(duì)該星系的引力外，還存在其他引力。

弗里茲·扎維奇如此解釋?zhuān)哼b遠(yuǎn)的星系團(tuán)里有一些物質(zhì)很獨(dú)特，它們既不發(fā)散光，也不吸收光、反射光，它們對(duì)自然界的絕大多數(shù)“力”擁有免疫力，星系團(tuán)似乎沒(méi)有足夠的可見(jiàn)物質(zhì)可以將它們“捆綁”在一起。

不過(guò)在當(dāng)時(shí)，弗里茲·扎維奇的這一觀(guān)點(diǎn)還被當(dāng)作“奇談怪論”。

直至1970年，美國(guó)華盛頓卡內(nèi)基研究所的女天文學(xué)家魯賓（VeraC·Rubin）發(fā)表第一個(gè)清晰的觀(guān)測(cè)證據(jù)，表明暗物質(zhì)在星系中普遍存在，論證了“絕大部分星系都被暗物質(zhì)所包圍著”。

此后，科學(xué)家們證實(shí)：人類(lèi)在宇宙中能看到的物質(zhì)只占宇宙質(zhì)量的5%，而95%的宇宙由我們看不到的“暗物質(zhì)”和“暗能量”構(gòu)成。

盡管暗物質(zhì)看不見(jiàn)，但它的能量不可小覷。在宇宙中，暗物質(zhì)的能量是人類(lèi)已知物質(zhì)能量的5倍以上。暗能量更是奇怪，以人類(lèi)已知的核反應(yīng)為例，反應(yīng)前后的物質(zhì)有少量的質(zhì)量差，這個(gè)差異轉(zhuǎn)化成了巨大的能量。暗能量卻可以使物質(zhì)的質(zhì)量全部消失，完全轉(zhuǎn)化為能量。宇宙中的暗能量是已知物質(zhì)能量的14倍以上。

這些復(fù)雜的概念已經(jīng)足以把人繞暈。簡(jiǎn)而言之，為了解釋宇宙為什么是現(xiàn)在這個(gè)樣子，天文學(xué)家們提出了可能有暗物質(zhì)存在。暗物質(zhì)存在于人類(lèi)已知的物質(zhì)之外，人們目前知道它的存在，但不知道它是什么，它的構(gòu)成也和人類(lèi)已知的物質(zhì)不同。

對(duì)于平常人很難理解的暗物質(zhì)，中科院南京紫金山天文臺(tái)研究員常進(jìn)這樣解釋?zhuān)骸斑@個(gè)物質(zhì)很奇怪，不僅本身不發(fā)光，而且光線(xiàn)也射不進(jìn)去，所以人是看不到的。最令人驚訝的是，它雖然摸不到，卻有重量和引力，如果前面有個(gè)暗物質(zhì)山，可能會(huì)將人壓死?！苯粋€(gè)世紀(jì)以來(lái)，圍繞暗物質(zhì)到底是什么？如何產(chǎn)生？怎樣才能觀(guān)測(cè)？科學(xué)家們孜孜不倦地研究。有科學(xué)家甚至斷言：誰(shuí)能找到暗物質(zhì)，誰(shuí)就解決了21世紀(jì)最重大的物理問(wèn)題，破解它的意義不亞于牛頓的地球引力論和愛(ài)因斯坦的相對(duì)論。

■ 追捕

暗物質(zhì)粒子的實(shí)驗(yàn)探測(cè)方法大致可以分為直接探測(cè)法和間接探測(cè)法兩類(lèi)，中國(guó)科學(xué)家在追捕暗物質(zhì)的過(guò)程中起到了不小的作用

物理學(xué)界的主流觀(guān)點(diǎn)認(rèn)為，暗物質(zhì)是一種大質(zhì)量、弱相互作用粒子，簡(jiǎn)稱(chēng)為WIMP。

中山大學(xué)物理科學(xué)與工程技術(shù)學(xué)院、空間技術(shù)中心主任何振輝教授告訴記者，暗物質(zhì)粒子的實(shí)驗(yàn)探測(cè)方法大致可以分為直接探測(cè)法和間接探測(cè)法兩類(lèi)。

所謂直接探測(cè)法是指直接探測(cè)暗物質(zhì)粒子和原子核碰撞所產(chǎn)生的光學(xué)、聲學(xué)、電子學(xué)信號(hào)。由于發(fā)生碰撞的概率很小，產(chǎn)生的信號(hào)也很微弱，通常要把探測(cè)裝置安裝在地下深處，以排除宇宙射線(xiàn)的背景噪聲。

目前各國(guó)都在加緊建設(shè)極深地下實(shí)驗(yàn)室。2010年12月，清華大學(xué)與二灘公司聯(lián)合建立了中國(guó)首個(gè)極深地下實(shí)驗(yàn)室“中國(guó)錦屏極深地下暗物質(zhì)實(shí)驗(yàn)室”，值得一提的是，實(shí)驗(yàn)室藏身于2400米的地下，是世界最深的地下實(shí)驗(yàn)室。

其次就是間接探測(cè)法。主要是觀(guān)測(cè)暗物質(zhì)粒子衰變或互相作用后產(chǎn)生的正電子、反質(zhì)子、中微子等穩(wěn)定粒子。由于地球大氣的影響，在地面上無(wú)法精確測(cè)定粒子的能譜，這類(lèi)實(shí)驗(yàn)必須要在空間進(jìn)行。

另外，高能對(duì)撞機(jī)直接對(duì)撞也可能產(chǎn)生出暗物質(zhì)粒子，比如位于瑞士和法國(guó)交界處的世界上最大的大型強(qiáng)子對(duì)撞機(jī)LHC就被寄予厚望。

此次讓中國(guó)大眾熟知的阿爾法磁譜儀（AMS）計(jì)劃，即屬于間接探測(cè)法。這是人類(lèi)第一次在太空中使用粒子物理精密探測(cè)儀器和技術(shù)的實(shí)驗(yàn)，也是國(guó)際空間站上唯一的大型科學(xué)實(shí)驗(yàn)，目的就是為了探測(cè)外層空間反物質(zhì)與暗物質(zhì)。

AMS計(jì)劃是一個(gè)國(guó)際性大型科研項(xiàng)目，迄今已吸引全球16個(gè)國(guó)家和地區(qū)的超過(guò)1500名科研人員參與。丁肇中從1994年開(kāi)始尋找暗物質(zhì)，至今已走過(guò)了18個(gè)年頭。

2011年，美國(guó)奮進(jìn)號(hào)航天飛機(jī)用自己的最后一次飛行將“阿爾法磁譜儀2”（AMS-02）送至空間站。美國(guó)媒體稱(chēng)其送上天的是一塊“心血之結(jié)晶”，而“這臺(tái)儀器如果按計(jì)劃實(shí)現(xiàn)目標(biāo)，探測(cè)到暗物質(zhì)的蛛絲馬跡，那它將給丁肇中帶來(lái)人生中另一座諾貝爾獎(jiǎng)杯”。

何振輝介紹，AMS在升空后的短短18個(gè)月之中，已分析了250億個(gè)初級(jí)宇宙射線(xiàn)事件，其中實(shí)驗(yàn)組確認(rèn)了680萬(wàn)個(gè)電子及其反粒子——正電子事件，這在數(shù)量上前所未有。AMS的第一個(gè)物理結(jié)果就是通過(guò)精密研究這680萬(wàn)個(gè)粒子得出的，作為AMS首篇論文于《物理評(píng)論快報(bào)》成功發(fā)表，這也是該實(shí)驗(yàn)18年來(lái)發(fā)布的首個(gè)結(jié)果。

探尋暗物質(zhì)，既是各國(guó)科研機(jī)構(gòu)和科學(xué)家的一場(chǎng)競(jìng)賽，也是一項(xiàng)合作，中國(guó)科學(xué)家正在其中發(fā)揮著更多的智慧與努力。

阿爾法磁譜儀有一顆強(qiáng)大的“中國(guó)心”——一塊中國(guó)制造的巨大永磁鐵。它由中科院電工研究所、高能物理所和中國(guó)運(yùn)載火箭技術(shù)研究院共同設(shè)計(jì)研制，用于區(qū)分粒子帶正電還是負(fù)電，是磁譜儀的核心部件。

不僅如此，阿爾法磁譜儀還有著廣東制造的身影。中山大學(xué)自主研發(fā)了AMS上最主要的探測(cè)器——徑跡探測(cè)器的熱控系統(tǒng)，它在復(fù)雜的空間環(huán)境中保持探測(cè)器需要的穩(wěn)定溫度和熱環(huán)境，相當(dāng)于給AMS穿上了一件“保溫衣”。中大參與熱控系統(tǒng)研發(fā)的師生多達(dá)70余人。

中大2010級(jí)物理學(xué)博士研究生翁致力更是參與了實(shí)驗(yàn)組的數(shù)據(jù)重建和分析工作。翁致力回憶，丁肇中先生始終十分謹(jǐn)慎和耐心?！霸谒?jì)劃里，未來(lái)20年內(nèi)，在距離地球近400公里的國(guó)際空間站上，阿爾法磁譜儀將收集到3000億個(gè)數(shù)據(jù)。”何振輝也表示，這并不能完全從理論上證明暗物質(zhì)的存在，還需要積累更多的數(shù)據(jù)來(lái)研究，目前的數(shù)據(jù)只相當(dāng)于預(yù)期收集總數(shù)據(jù)量的1/10。

究竟有沒(méi)有暗物質(zhì)，人們期待著丁肇中團(tuán)隊(duì)的答案。目前，人類(lèi)很有可能正處在一個(gè)新的物理大發(fā)現(xiàn)的前夜。

■ 三問(wèn)暗物質(zhì)

大部分老百姓只關(guān)心與生存息息相關(guān)的油米醬醋，面對(duì)頭頂上那些遙不可及的物理實(shí)驗(yàn)，以及八竿子打不著的暗物質(zhì)，也許會(huì)問(wèn)：這一切于我何干？中山大學(xué)物理與工程學(xué)院空間技術(shù)中心主任何振輝向記者一一道來(lái)。

一問(wèn)：研究暗物質(zhì)有啥用？

“哥倫布發(fā)現(xiàn)新大陸，取決于對(duì)地球的認(rèn)識(shí)和指南針、造船等關(guān)鍵技術(shù)。將來(lái)是否還有適合人類(lèi)生存的星球，能否外星移民，也需要對(duì)宇宙空間環(huán)境的認(rèn)知?！焙握褫x解釋?zhuān)瑹o(wú)論是大型強(qiáng)子對(duì)撞機(jī)還是阿爾法磁譜儀，目的不僅僅是尋找暗物質(zhì)或反物質(zhì)，還有很多是為了科學(xué)研究和推動(dòng)人類(lèi)進(jìn)步。

何振輝表示，科學(xué)正是由好奇心驅(qū)動(dòng)的，人類(lèi)還有很多未知領(lǐng)域，只有不斷探索，才能豐富對(duì)宇宙的認(rèn)識(shí)，擴(kuò)充知識(shí)，人類(lèi)文明水平才會(huì)提升。

從遠(yuǎn)古以來(lái)，正是好奇心驅(qū)動(dòng)著人類(lèi)探索未知，才有了文明的進(jìn)步和今天的文明社會(huì)。也許對(duì)于老百姓而言，不需要看得那么遠(yuǎn)。但總有一部分人，尤其是好奇心很重的科學(xué)家，代表人類(lèi)探索太空。

“科學(xué)總是先行一步?！焙握褫x說(shuō)，如果將來(lái)人類(lèi)要實(shí)現(xiàn)星際旅行或外星移民，首先就要認(rèn)識(shí)清楚宇宙，哪些是“暗流礁石”，要克服什么困難。

二問(wèn)：哪些研究技術(shù)可民用？

科學(xué)發(fā)現(xiàn)首先要有新的技術(shù)支撐。何振輝表示，在尋找暗物質(zhì)的過(guò)程，也是人類(lèi)不斷實(shí)現(xiàn)技術(shù)突破、超越自我的過(guò)程。就拿中大參與阿爾法磁譜儀建造過(guò)程來(lái)說(shuō)，就運(yùn)用了大量的新技術(shù)，有些一旦轉(zhuǎn)化成民用，將極大地推動(dòng)人類(lèi)科技進(jìn)步，提高老百姓的生活。

阿爾法磁譜儀有顆“中國(guó)心”。但何振輝表示，其實(shí)差一點(diǎn)用了另一套方案——超導(dǎo)磁體。為了把超導(dǎo)磁體送入太空，讓它在低溫、微重力環(huán)境下工作，中國(guó)科學(xué)家花了非常大的精力。

目前，超導(dǎo)磁體在民用領(lǐng)域已應(yīng)用頗多。比如，醫(yī)院常做的核磁共振成像就運(yùn)用了這一技術(shù)。早期的腫瘤很小，不易發(fā)現(xiàn)，但在磁場(chǎng)很強(qiáng)的超導(dǎo)磁體掃描下，就能現(xiàn)出原形。

何振輝表示，如果有朝一日太空旅行實(shí)現(xiàn)，必須要躲避高能粒子輻射，否則宇航員才走到火星一半，就會(huì)被燒死。假如航天器上裝備超導(dǎo)磁體，就可以“模擬”地球磁場(chǎng)的保護(hù)作用，躲過(guò)高能粒子的直接輻射?！安贿^(guò)這還是一種美好設(shè)想?！焙握褫x表示。

此外，阿爾法磁譜儀項(xiàng)目中，中大在世界上首次研制出AMS上最主要的散熱裝置——軌跡探測(cè)器熱控系統(tǒng)，將來(lái)也有很廣闊的應(yīng)用前景。這一系統(tǒng)有很強(qiáng)的散熱功能，可用于復(fù)雜的空間環(huán)境中，保持軌跡探測(cè)器溫度分布均勻、穩(wěn)定的熱環(huán)境?？蓮V泛應(yīng)用在高性能多用途的通信衛(wèi)星、超級(jí)計(jì)算機(jī)機(jī)柜散熱、風(fēng)力發(fā)電的風(fēng)機(jī)等。

三問(wèn)：暗物質(zhì)和反物質(zhì)可否利用？

有人提出，現(xiàn)在能源日益短缺，既然暗物質(zhì)和暗能量神通廣大，是否有朝一日能開(kāi)發(fā)利用？

何振輝表示，如果從科幻角度探討，非常有可能。但在科學(xué)上，則是非常遙遠(yuǎn)的事，一定要有科學(xué)認(rèn)識(shí)和依據(jù)。目前，人類(lèi)對(duì)暗物質(zhì)還知之甚少，“怎么回事還不知道，何談開(kāi)發(fā)利用。即便認(rèn)識(shí)了，也不一定利用”。

比如，即便是人類(lèi)認(rèn)識(shí)很充分的核能，目前也只是掌握了核裂變技術(shù)，而且，人類(lèi)對(duì)核的恐懼一直如影隨形。至于核聚變，人類(lèi)已經(jīng)研究了幾十年，但技術(shù)至今沒(méi)有成熟?！澳芰看笫呛锰帲坏┛刂撇涣?，就是核彈?！焙握褫x說(shuō)。至于暗物質(zhì)、反物質(zhì)，就算最后充分認(rèn)識(shí)了，還涉及成本、市場(chǎng)以及技術(shù)支撐、安全利用等鏈條，目前討論還為時(shí)過(guò)早。

近日，由清華大學(xué)薛其坤院士領(lǐng)銜，清華大學(xué)、中科院物理所和斯坦福大學(xué)研究人員聯(lián)合組成的團(tuán)隊(duì)從實(shí)驗(yàn)中首次觀(guān)測(cè)到量子反?；魻栃?yīng)，諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)獲得者楊振寧稱(chēng)其為“諾貝爾獎(jiǎng)級(jí)別的研究突破”。

中山大學(xué)物理學(xué)院教授姚道新認(rèn)為，借助量子反常霍爾效應(yīng)的發(fā)現(xiàn)，摩爾定律帶來(lái)的信息產(chǎn)業(yè)瓶頸可能在未來(lái)突破，從而引發(fā)下一次信息技術(shù)革命，但要想實(shí)現(xiàn)這一愿景，仍然需要打敗前進(jìn)道路上的攔路虎——超低溫。

材料中的“全能型運(yùn)動(dòng)員”

1879年美國(guó)物理學(xué)家霍爾發(fā)現(xiàn)，在一個(gè)通有電流的導(dǎo)體中，如果施加一個(gè)垂直于電流方向的磁場(chǎng)，受到洛倫茲力的影響，電子的運(yùn)動(dòng)軌跡將產(chǎn)生偏轉(zhuǎn)，從而在同時(shí)垂直于電流與磁場(chǎng)方向的導(dǎo)體兩端產(chǎn)生電壓，由于這種電壓，電子將穩(wěn)定地在導(dǎo)體的一側(cè)流動(dòng)。這一物理現(xiàn)象即被稱(chēng)為霍爾效應(yīng)。

“電子一般以無(wú)規(guī)則運(yùn)動(dòng)的狀態(tài)存在于大自然中，因此電流在傳輸中會(huì)存在能量損耗的現(xiàn)象，而霍爾效應(yīng)可以成功地約束電子的亂跑亂竄，將電子限制在一側(cè)流動(dòng)?！币Φ佬陆忉?zhuān)@能大大降低能耗。

在發(fā)現(xiàn)霍爾效應(yīng)后的第二年，霍爾在研究磁性金屬的霍爾效應(yīng)時(shí)發(fā)現(xiàn)，即使不加外磁場(chǎng)也可以觀(guān)測(cè)到霍爾效應(yīng)，這種零磁場(chǎng)中的霍爾效應(yīng)就是反?；魻栃?yīng)。

反?；魻栃?yīng)與普通的霍爾效應(yīng)在本質(zhì)上完全不同?！斑@里不存在外磁場(chǎng)對(duì)電子的洛倫茲力而產(chǎn)生運(yùn)動(dòng)軌道偏轉(zhuǎn)，產(chǎn)生反?；魻栃?yīng)的材料已經(jīng)自發(fā)磁化，通過(guò)內(nèi)建磁場(chǎng)產(chǎn)生霍爾效應(yīng)”。

量子反常霍爾效應(yīng)即是反?；魻栃?yīng)的量子化，這對(duì)材料性質(zhì)的要求非?？量?，姚道新介紹，首先需要這一材質(zhì)內(nèi)部必須絕緣，并且只有一維邊緣態(tài)參與導(dǎo)電，“也就是只有材料的邊緣地帶可以通電”，具有這種特性的材料被稱(chēng)為拓?fù)浣^緣體。

此外，材料必須要具有自發(fā)磁性從而不需要外界磁場(chǎng)，并且材料的化學(xué)成分必須乾凈。姚道新說(shuō)，研究相關(guān)課題的科學(xué)家把這種材料稱(chēng)為“全能型運(yùn)動(dòng)員”，即同時(shí)需要擁有短跑運(yùn)動(dòng)員的速度、籃球運(yùn)動(dòng)員的高度和體操運(yùn)動(dòng)員的靈巧。

自2009年起，清華大學(xué)薛其坤院士帶領(lǐng)團(tuán)隊(duì)向量子反?；魻栃?yīng)的實(shí)驗(yàn)實(shí)現(xiàn)發(fā)起沖擊。4年間，團(tuán)隊(duì)生長(zhǎng)、測(cè)量1000多個(gè)樣品，生長(zhǎng)出了高質(zhì)量的磁性摻雜拓?fù)浣^緣體薄膜，將其制備成輸運(yùn)器件。在極低溫環(huán)境下，對(duì)其反?；魻栃?yīng)進(jìn)行精密測(cè)量，終于發(fā)現(xiàn)在一定的外加?xùn)艠O電壓范圍內(nèi)，此材料在零磁場(chǎng)中的反常霍爾電阻達(dá)到了量子霍爾效應(yīng)的特征值，使得這一世界難題得以攻克。

或引發(fā)下一次信息技術(shù)革命

姚道新認(rèn)為，中國(guó)科學(xué)家實(shí)現(xiàn)的這一零磁場(chǎng)中的量子霍爾效應(yīng)，可以利用其無(wú)耗散的邊緣態(tài)發(fā)展新一代的低能耗晶體管和電子學(xué)器件，從而解決電腦發(fā)熱問(wèn)題和摩爾定律的瓶頸問(wèn)題。

摩爾定律是由英特爾創(chuàng)始人之一戈登?摩爾所提出，他指出，當(dāng)價(jià)格不變時(shí)，集成電路上可容納的晶體管數(shù)目，大約每隔18個(gè)月便會(huì)增加一倍，性能也將提升一倍。

然而，這一定律背后埋藏著技術(shù)障礙。集成電路的承載材料是硅片，但隨著硅片上線(xiàn)路密度的增加，其復(fù)雜性和差錯(cuò)率也呈指數(shù)增長(zhǎng)，一旦芯片上線(xiàn)條的寬度只有納米數(shù)量級(jí)時(shí)，材料的物理、化學(xué)性能將發(fā)生質(zhì)的變化，致使采用現(xiàn)行工藝的半導(dǎo)體器件不能正常工作，這意味著摩爾定律將走到盡頭。

姚道新解釋?zhuān)柖傻木窒扌栽谟谝坏┕杵€(xiàn)條寬度在納米級(jí)時(shí)，由于已經(jīng)在電子無(wú)規(guī)則運(yùn)動(dòng)的范圍之內(nèi)，亂竄的電子將會(huì)影響穩(wěn)定電壓的形成，從而使電流無(wú)法在兩極電壓之間順暢流動(dòng)。

突破摩爾定律的限制一直是信息產(chǎn)業(yè)的共同課題。運(yùn)用量子霍爾效應(yīng)來(lái)規(guī)范電子流向，一舉打破“摩爾鐵律”早在科學(xué)家的視野之內(nèi)，但量子霍爾效應(yīng)此前需要非常強(qiáng)的磁場(chǎng)，且所需的磁場(chǎng)價(jià)格昂貴、體積龐大。

而零磁場(chǎng)的量子霍爾效應(yīng)恰恰使得制備低能耗的高速電子器件或可成為現(xiàn)實(shí)，例如極低能耗芯片的研制向前邁進(jìn)了一大步，這意味著我們離更新?lián)Q代的革命性個(gè)人電腦更近了一步。

但要把量子反常霍爾效應(yīng)運(yùn)用到實(shí)際中，仍有很長(zhǎng)的路要走。姚道新表示，只有在絕對(duì)零度即零下273攝氏度以下才能觀(guān)測(cè)到這一物理現(xiàn)象。但絕大多數(shù)的電子器件仍需在20攝氏度左右的室溫、甚至是高溫環(huán)境下運(yùn)行。“要使量子反?；魻栃?yīng)能夠成功地在常溫下實(shí)現(xiàn)，材料必須要做得更加乾凈，避免不必要的雜質(zhì)?！?/p>