中国科大和复旦大学合作在量子反常霍尔效应研究取得新进展
我校合肥微尺度物质科学国家研究中心和物理系陈仙辉课题组与复旦大学物理系张远波课题组和王靖课题组合作,首次在本征磁性拓扑绝缘体中实现量子反常霍尔效应,其实现温度可达到1.4K。该研究成果以“Quantum anomalous Hall effect in intrinsic magnetic topological insulator MnBi2Te4”为题于美国东部时间1月23日在《Science》上在线发ぷ表(DOI:10.1126/science.aax8156)。
在磁性拓扑绝缘体中,非平庸的拓扑能带结构与长程磁有序的结合将诱导出一系列新奇量子现象和拓扑物态,量子反常霍尔效应和轴◣子绝缘体是其中的典型代表。为了引入长程磁有序,现行的方法为磁性杂质掺杂。然而这种磁性掺杂的随机性不可避免地会@ 引入一些无序,使得这些新奇物态的观测只能在极低温(mK)实现,也阻碍了进一步对其进行物理研究。近来,本征磁性拓扑绝缘体(MnBi2Te4)m(Bi2Te3)n系列材料的发现为解决这些问题提供了新思路。这类材料均含有MnBi2Te4层,在层内Mn离子之间铁磁排列,而层与层之间则形成反铁磁耦合。理论预言其拓扑表面态会因时间反演对称性破缺而打开能隙,从而为实现量子反常霍尔效应等量子现象提供了理想平台。陈仙辉课题组在前期工作中研究了这一系列单晶材料中的本征磁性及拓扑性质,并制备出高质量的单晶材料,为实现理论预言的量子反常霍尔效应奠定了基础。相关工作发表在Physical Review B以及预印版网站arxiv.org (M. Z. Shi et al., Phys. Rev. B 100,155144 (2019); J. H. Cui et al., Phys. Rev. B 99, 155125 (2019); Y. Hu et al., arXiv:1910.11323; Z. W. Liang et al., arXiv:2001.00866)。
图:A:少层MnBi2Te4单晶的电输运器件;B:五层MnBi2Te4的原子结构;C:五层MnBi2Te4单晶中的量子反常霍尔效应。
在前期工作的基础上,陈仙辉课题组和复旦大学张远波课题组和王靖课题组开展合作攻关,通过改良后的机械剥离的方法将MnBi2Te4单晶解理成薄层,并成功地在5层厚度的薄层样品中在1.4K温度和零磁场的条件下观察到量子反常霍尔效应。并且通过外磁场进一步改善薄层样品中的铁磁排列,可以将实现量子化的温度提高到6.5K,这是迄今为止观察到量子反常霍尔效应的最高温度记录。这一工作成功地证明了MnBi2Te4是第一个具有量子反常霍尔效应的本征磁性拓扑绝缘体。另外,由于MnBi2Te4是一种层状二维材料,利用MnBi2Te4二维结构与其他磁性/超导二维材料构成的van der Waals异质结将为探索奇异的拓扑量子现象提供理想的平台。
我校合肥微尺度物质科学国家研究中心和物理系陈仙辉教授与复旦大学物理学系张远波教授和王靖教授为论文共同通讯作者。我校合肥微尺度物质科学国家研究中心博士生石孟竹与复旦大学物理学系博士生邓雨君和博士后於逸骏为论文共同第一作者。该工作得到了国家自然科学基金、科技部国家重点研发计划项目、中科院战略性先导科技专项以及中科院前沿科学重点研发项目等的支持。
(合肥微尺度物质科学国家研究中心、物理学院、科研部)
未经允许不得转载:二九年华大学门户 » 中国科大和复旦大学合作在量子反常霍尔效应研究取得新进展
相关推荐
- 习近平总书记考察中国科大一周年媒体集中报道
- 中国科大在神经细胞极性维持的分子结构机制研究中取得新进展
- 人力资源和社会保障部专技司副司长李金生专题调研我校博士后工作
- 校领导看望慰问劳动模︽范和先进工作者
- 学校召开“不忘初心、牢记使命”主题教育调研成果交流会
- 校出版社3种图书入选2019年全国百种科技新书
- 中国科大实现高性能可集成固态量子存储器
- 中国科大理论预言基于CoSb的新型高温超导备选体系
- 中国科大在类星体中央引擎燃料供应的研究方面取得重要进展
- 学校召开2017年度院级党组织书记抓基层党建述职评议考核会
- 2020年自然指数更新,中国科大跃居全国高校首位
- 山有木兮,心悦君兮——2019“美丽邂逅·心悦”华丽绽放
- 工程科学学院举办工程科学前沿课程讲座 胡海岩院士为新生授课
- 国家卫计委科教司督查组来我校进行实验室生物安全专项检查督查工作
- 中国科大基础教育集团与合肥高新区管委会举行合作办学签约仪式
- 中国科大实现超越标准量子香农理论的量子通信
- 工程科学学院英才班同学赴中国商飞上海飞机设计研究院参观学习
- 中国科学技术大学-大连商品交易所期货人才培育项目开班仪式顺利举行
- 机关党委召开机关党支部书记会议
- 中国科大教育基金会海外募集物资陆续抵达
新闻公告
- 中国科大锂电池固态电解质机理研究取得重要进展 04-16
- 中国科学技术大学研究生招生宣传工作全面展开 04-16
- 中国科大锂电池固态电解质机理研究取得重要进展 04-16
- 界面调控新发现:单层氧化物薄膜的新型磁各向异性 04-14
- 邓向阳调研中科院量子信息与量子科技创新研究院建设 04-12
- 吴汉明院士来中国科学技术大学座谈交流 04-10
高考招生
- 中国科学技术大学2017年招生章程 08-05
- 中国科学技术大学2018年招生章程 08-05
- 中国科学技术大学2015年招生章程 08-05
- 中国科学技术大学2016年招生章程 08-05
- 中国科学技术大学2014年本科招生章程 08-05
- 中国科学技术大学2012年本科招生章程 08-05
- 中国科学技术大学2013年本科招生工作章程 08-05
- 中国科学技术大学2008年本科招生工作章程 08-05
- 中国科学技术大学2009年本科招生工作章程 08-05
- 中国科学技术大学2010年本科招生章程 08-05