艾德思：南科大中科大等高校联手论证三维系统中量子霍尔效应

 

在二维系统中,人们对量子霍尔效应(QHE)已经进行了深入的研究.而随着QHE在二维电子系统中被发现,拓扑学在凝聚态物理领域也起着越来越重要的研究作用.虽然在三维系统中产生QHE的可能性早在数十年前就已经被提出,实验方面的验证工作却迟迟没有显著的进展.目前,为了实现三维系统中的QHE,最直接的方法是将二维QHE层沿着z轴进行堆叠.但是这类系统仍属于准二维的范畴.因此,从严格意义上来说,在三维系统中实现QHE依然是不小的挑战.

{ 成果简介 }

近期, 南方科技大学的张立源副教授 以及 中国科技大学的乔振华教授 联合 新加坡科技设计大学的 杨声远 (共同通讯作者)等人报道了在三维碲化锆(ZrTe 5 )晶体中实现三维QHE的工作.研究人员在磁场中对碲化锆块体进行了低温电子输运测量,并使得在低磁场中只有最低的朗道能级被占据,实现了极端的量子极限.正是在这样的情况下中,研究人员观察到了接近于零的能量非耗散纵向电阻率,并伴随着与费米半波长成比例的霍尔电阻plateau.这一现象正是三维QHE的特征,也进一步表明,量子极限中的增强作用效应能够驱动费米面不稳定性.通过增强磁场,研究人员还发现纵向和霍尔电阻均显著增加并表现出金属-绝缘体转变,意味着磁场驱动能够实现量子相转变.这些发现为实现三维QHE提供了实验证据,也能为进一步研究三维系统中的量子相及其转变提供平台.2019年05月08日,相关成果以题为" Three-dimensional quantum Hall effect and metal–insulator transition in ZrTe 5 '的论文在线发表在 Nature 上.

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