材料量子调控技术研究所 Institute of Quantum Materials and Devices
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更宽松条件(高温、低磁场)下的量子霍尔边缘态

来源:admin 更新时间:2025-03-19 10:57:31

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IQMD研究团队与国内外多家单位合作,发展了一种通过Wigner电子晶体对二维 电子气中关联效应的协同耦合调控方法,基于此开展了界面电荷序对高迁移率狄拉克费 米子量子输运影响的实验研究。利用该界面电荷序,研究团队发现了单双层石墨烯电中 性点区域的新型关联绝缘态。


众所周知,当电子限域在二维界面时,在相互作用下可以形成长程序,例如Wigner 电子晶体。近年来,长程电荷序已经在多个材料体系中被谱学等实验方法于实空间中观 测到。这种电子晶体在二维情况下库伦势的周期性以及特有的对称性和晶格参数,本身 可视为一个兼具丰富物理和外场调控性的量子超晶格。基于该量子电子长程序与置于其 上的二维电子气的界面耦合关联,将为我们提供一个独特的研究平台,用来揭示新型关 联效应电子物态的形成机制。



团队发现,单层石墨烯与一氯一氧化铬(CrOCl)垂直复合系统中的界面准二维 电子态可以自发对称破缺,并趋于形成波长在数纳米至数十纳米范围内的电荷序。这种长程序超周期能够进一步加强石墨烯电子自身的电子关联,使得电中性点附近的狄拉克 电子费米速度大幅增加并且打开带隙。在这个界面耦合量子霍尔相中,横向电导量子化 可以在很小的磁场下发生,并且该行为可维持到液氮温度以上,具有极强的鲁棒性。例 如,77 K温度下,本体系实现±2填充系数的横向电导量子化平台所需要的磁场可低至0 .35特斯拉(该磁场强度由一般永磁体即可提供),为目前最低记录;而传统石墨烯的量 子化电导在77 K则需要10 T以上磁场才能获得。


IQMD的主要研究方向之一,是关联效应诱发的量子霍尔态在电阻标准方面的应用探索。研究团队正在开展高温温区(40 K以上)QHR电阻标准的研究工作。囿于接触电阻的原因,通常量子输运实验所采用的数微米尺度样品需要进行放大,获得较大面积(例如50 微米尺寸或以上的样品,并进行变温量子霍尔电阻测量。