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  • 中国科大与国内外合作首次观测到三维量子霍尔效应

    作者:佚名 来源:中国科学技术大学 时间:2019-05-14 21:26 阅读:859 [投稿]
    在碲化锆(ZrTe5)块体单晶体材料中首次观测到三维量子霍尔效应的明确证据,并指出该效应可能是由于磁场下相互作用产生的电荷密度波诱导的。

    从八十年代初在二维电子体系中发现至今,量子霍尔效应作为超导之外的另一个著名宏观量子现象在凝聚态物理中催生出了一个越趋活跃的研究领域。其内在本质,是将数学中的拓扑概念引入物理,超越了Landau根据对称性破缺理论对物质分类的传统标准,为近年的拓扑物态与拓扑材料的快速发展奠定了基础。

    量子霍尔效应是否只存在于二维体系?这个基础问题从二维量子霍尔效应发现后不久即引起领域的关注。早在1987年,Bertrand Halperin从理论上就预言了三维量子霍尔效应的存在和它的测量特征。但要验证这个新奇效应,对材料体系与测量手段的要求都非常高;尽管已有诸多尝试,实验上仍缺乏可信的观测证据。

    合肥微尺度物质科学国家研究中心国际功能材料量子设计中心(ICQD)和物理系的乔振华教授与南方科技大学张立源教授、新加坡科技设计大学杨声远教授、美国佛罗里达州立大学的杨昆教授、麻省理工学院的Patrick A. Lee教授和布鲁海文国家实验室的Genda Gu教授等理论与实验合作,在碲化锆(ZrTe5)块体单晶体材料中首次观测到三维量子霍尔效应的明确证据,并指出该效应可能是由于磁场下相互作用产生的电荷密度波诱导的。这一重要研究成果5月9日在线发表在国际权威学术期刊《自然》上。


    图1. 三维量子霍尔效应及电荷密度波示意图。由于磁场效应,体内电子在面内的运动形成朗道能级,如上方圆圈所示。在仅有一个Landau能级被占据的量子极限下,更强的电子关联效应导致电荷密度波的形成,并进而使得体系转化为三维量子霍尔绝缘体。

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