研究人员首次展示了三维量子霍尔效应

 tianxiadiyi   2019-08-19 18:21   62 人阅读  0 条评论
量子霍尔效应(QHE),以前已知用于二维(2D)系统,预计1987年Bertrand Halperin可用于三维(3D)系统,但该理论直到最近才得到研究人员的证实。来自新加坡科技与设计大学(SUTD)及其来自全球的研究合作者。 霍尔效应是材料表征的基本技术,当磁场使电子侧向偏转并导致横向电压降时,就会形成霍尔效应。1980年,在测量半导体结构中捕获的二维(2D)电子气体的霍尔效应时进行了令人惊讶的观察 - 测量的霍尔电阻率显示出一系列完全平坦的平台,量化为具有非常精确的值100亿的一部分。这被称为QHE。 QHE从此彻底改变了我们对凝聚态物理学的基本理解,产生了广泛的物理学研究领域。许多新出现的主题,例如拓扑材料,也可以追溯到它。 在发现之后不久,研究人员开始探索将QHE从2D系统推广到三维(3D)的可能性。Bertrand Halperin预测,在1987年发表的一篇开创性论文中,确实可以实现这种称为3D QHE的广义效应。从理论分析,他给出了3D QHE的签名,并指出磁场下电子之间增强的相互作用可以是将金属材料驱动到3D QHE状态的关键。 自Halperin的预测已经过去了30年,虽然在实验中一直在努力实现3D QHE,但由于3D QHE所需的严格条件,明显的证据难以实现 - 材料需要非常纯净,具有高移动性和低载流子密度。 SUTD的实验合作者,中国南方科技大学(SUSTech),自2014年以来一直致力于研究一种名为ZrTe5的独特材料。该材料能够满足所需条件并展示3D QHE的特征。 在Nature发表的研究论文中,研究人员表明,当材料在中等磁场下冷却到非常低的温度时,其纵向电阻率降至零,表明材料从金属转变为绝缘体。这是由于电子相互作用,其中电子自身重新分布并沿着磁场方向(如图中所示)形成称为电荷密度波的周期性密度波。 “这种变化通常会使电子运动冻结,材料变得绝缘,不允许电子流过材料内部。然而,使用这种独特的材料,电子可以穿过表面,从而提供由波长量化的霍尔电阻率电荷密度波的研究,“SUSTech的共同作者张丽媛教授解释说。这反过来证明了长期推测3D QHE的首次演示,将着名的QHE从2D推向3D。 “我们可以预期,3D QHE的发现将带来我们物理知识的新突破,并提供新的物理效应聚集。这种新知识将以这种或那种方式为我们提供实际技术发展的新机会, “共同作者,SUTD助理教授杨胜元说。。由澳客网手机版比分编辑报道。
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