solidot | 中国科学家首次用实验证实量子反常霍尔效应

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清华大学和中国科学院物理研究所宣布了一项重大科研突破:在磁性掺杂的拓扑绝缘体薄膜中,从实验上首次观测到量子反常霍尔效应。论文发表在上个月出版的《科学》期刊上。 130多年前,霍尔先后发现了霍尔效应和反常霍尔效应。1980年冯•克利青发现整数量子霍尔效应,1982年美国科学家崔琦和施特默发现分数量子霍尔效应,这两项成果分别于1985年和1998年获得诺贝尔物理奖。物理学家认为量子霍尔效应家族中也应该存在量子反常霍尔效应。但如何使其现身并在实验上观测到成为近些年凝聚态物理学家探索的重要难题之一。拓扑绝缘体这个新领域出现之后,2006年美国斯坦福大学/清华大学张首晟教授领导的理论组成功地预言了二维拓扑绝缘体中的量子自旋霍尔效应,并于2008年提出了在拓扑绝缘体中引入磁性实现量子反常霍尔效应的可能性。2009年起,由薛其坤院士带领的团队开始向量子反常霍尔效应的实验实现发起冲击。在过去近四年的时间里,团队生长和测量了超过1000个样品。2012年10月,该团队利用分子束外延生长了cr掺杂的(bi,sb)2te3薄膜,将其制备成输运器件并在极低温环境下对其磁电阻和反常霍尔效应进行了精密测量。他们发现在一定的外加栅极电压范围内,此材料在零磁场中的反常霍尔电阻达到了量子霍尔效应的特征值h/e2 ~ 25800欧姆,从而证实了此前的理论预言。

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