以上这个机制也告诉我们，薄膜的生长速率一般由 Ga（更准确讲是低蒸汽蒸元素）的束流确定的。所以我们可以通过控制 Ga 源温度即 Ga 束流这一个参数就能精确控制薄膜的厚度和复杂化合物如 AlGaAs 的组分（此时的束流为 Ga 和 Al 的束流和），这对实际的材料生长实验来讲是个极大的方便。笔者从1992年开始从事 GaAs 和 III-V 族化合物半导体的 MBE 研究，最大的体会就是 MBE中“三温度规则”下材料组分的自调节（self-regulation）过程，其精髓实在是妙不可言，而且在以后的拓扑绝缘体和高温超导等研究中屡试不爽。国际上，许多重要的量子效应的发现和量子器件的发明，如量子级联激光器也是得益于 MBE 对组分控制方面的超强能力。

　　新材料，新技术，新世界

　　正是这种极洁净的生长环境、高纯材料的使用以及上面提到的“自调节”过程对组分的精确控制，使得 MBE 技术成为制备量子材料的强大工具。利用 MBE，物理学家在调制掺杂的 AlGaAs/GaAs 异质结中得到了高质量的二维电子气，其迁移率可高达3×107 cm2/V?s。这是一个惊人的数字，说明在每厘米一个伏特的工作电场下，结构中电子的迁移速度可达到每秒300公里。显而易见，这是发展高速、高频电子器件等所需的理想体系，也是反映人类改造客观世界能力的一个杰作。获得1998年诺贝尔物理奖的 Stomer 和崔琦先生，就是在这种高迁移率异质结中发现了分数量子霍尔效应。MBE 技术的发展直接导致了半导体激光器的发展，大大促进了信息读写、高密度存储、高清显示器、医疗探测和环境监控等方向的广泛应用，大大改善了人类的生活。

　　近年来，MBE 被广泛应用于新的科学前沿，如拓扑绝缘体和高温超导等研究中。以拓扑绝缘体 Bi2Se3 与超导 FeSe 体系为例，从上述的蒸汽压参数对应的生长动力学而言，Se 与 As 类似，Bi、Fe 则与 Ga 类似。笔者率领的团队就是基于“三温度规则”，在国际上最早发展了拓扑绝缘体 Bi2Se3 家族和 FeSe 超导体系的MBE生长动力学，并制备出了高质量的薄膜材料。

　　图6，MBE 生长的 Bi2Se3 薄膜的原子分辨像及实时 RHEED 结果

　　图6左图为 MBE 生长的 Bi2Se3 薄膜的原子分辨图，该图像由低温扫描隧道显微镜获得，图中每一个亮点对应一个 Se 原子，Se 原子排列成完美的六角晶格。右图为 Bi2Se3 薄膜生长时，RHEED 衍射条纹强度随时间的变化，与 GaAs 生长类似，也呈现出周期性的振荡，体现了很好的逐层生长模式。右图插图为实际测到的 RHEED 衍射花样，这些尖锐的条纹代表薄膜表面具有原子级的平整度。

　　正是由于在 MBE 生长方面长期的积淀，笔者的团队与合作者一起于2013年完成了量子反常霍尔效应的首次实验观测。量子反常霍尔效应所需要的样品当然比上面提到的简单化合物要复杂得多，它的实现表明人们对材料生长和材料物性的同时控制已经达到了一个新的水平，这个实验即使目前也只有美国和日本等国家有限数目的实验室才能完成。另一个例子是我们在厘米见方的 SrTiO3 表面精确外延生长厚度仅0.5 nm 的单层 FeSe，这导致了转变温度高于65K 超导电性的发现，刷新了铁基高温超导转变温度的记录，同时也为探索高温超导机理开辟了新的战场。

　　图7，MBE-STM-ARPES 大型联合系统（清华大学物理系）