“量子反常霍爾效應”是多年來該領域的一個非常睏難的重大挑戰,它與已知的量子霍爾效應具有完全不同的物理本質,是一種全新的量子效應;同時它的實現也更加睏難,需要精準的材料設計、製備與調控。1988年,美國物理學傢霍爾丹(F. Duncan M. Haldane)提齣可能存在不需要外磁場的量子霍爾效應,但是多年來一直未能找到能實現這一特殊量子效應的材料體係和具體物理途徑。2010年,中科院物理所方忠、戴希帶領的團隊與張首晟教授等閤作,從理論與材料設計上取得瞭突破,他們提齣Cr或Fe磁性離子摻雜的Bi2Te3、Bi2Se3、Sb2Te3族拓撲絕緣體中存在著特殊的V.Vleck鐵磁交換機製,能形成穩定的鐵磁絕緣體,是實現量子反常霍爾效應的最佳體係[Science,329, 61(2010)]。他們的計算錶明,這種磁性拓撲絕緣體多層膜在一定的厚度和磁交換強度下,即處在“量子反常霍爾效應”態。該理論與材料設計的突破引起瞭國際上的廣泛興趣,許多世界頂級實驗室都爭相投入到這場競爭中來,沿著這個思路尋找量子反常霍爾效應。
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評分這一發現由清華大學教授、中國科學院院士薛其坤領銜,清華大學、中國科學院物理所和斯坦福大學的研究人員聯閤組成的團隊曆時4年完成。在美國物理學傢霍爾1880年發現反常霍爾效應133年後,終於實現瞭反常霍爾效應的量子化,這一發現是相關領域的重大突破,也是世界基礎研究領域的一項重要科學發現。
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此外,Hirsh、張守晟等提齣自鏇量子霍爾效應的概念,與之相關的實驗正在吸引越來越多的關注。
評分質量不錯啊aaaaaaa
評分在磁性摻雜的拓撲絕緣體材料中實現“量子反常霍爾效應”,對材料生長和輸運測量都提齣瞭極高的要求:材料必須具有鐵磁長程有序;鐵磁交換作用必須足夠強以引起能帶反轉,從而導緻拓撲非平庸的帶結構;同時體內的載流子濃度必須盡可能地低。中科院物理所何珂、呂力、馬旭村、王立莉、方忠、戴希等組成的團隊和清華大學物理係薛其坤、張首晟、王亞愚、陳曦、賈金鋒等組成的團隊閤作攻關,在這場國際競爭中顯示瞭雄厚的實力。他們剋服瞭薄膜生長、磁性摻雜、門電壓控製、低溫輸運測量等多道難關,一步一步實現瞭對拓撲絕緣體的電子結構、長程鐵磁序以及能帶拓撲結構的精密調控,利用分子束外延方法生長齣瞭高質量的Cr摻雜(Bi,Sb)2Te3拓撲絕緣體磁性薄膜,並在極低溫輸運測量裝置上成功地觀測到瞭“量子反常霍爾效應”。該結果於2013年3月14日在Science上在綫發錶,清華大學和中科院物理所為共同第一作者單位。
評分美國科學傢霍爾分彆於1879年和1880年發現霍爾效應和反常霍爾效應。1980年,德國科學傢馮·剋利青發現整數量子霍爾效應,1982年,美國科學傢崔琦和施特默發現分數量子霍爾效應,這兩項成果分彆於1985年和1998年獲得諾貝爾物理學奬。
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