拓扑绝缘体与量子反常霍尔效应

量子霍尔效应是一种可以在宏观尺度出现的量子现象,由二维电子系统在强磁场下所具有的独特拓扑性质所引起.长期以来人们一直希望能够实现不需外磁场的量子霍尔效应,以便将其应用于低能耗电学器件.磁性拓扑绝缘体薄膜可能具有的量子化的反常霍尔效应即是一种可以在零磁场下出现的量子霍尔效应.本文介绍了拓扑绝缘体和量子反常霍尔效应的概念发展及量子反常霍尔效应如何在磁性掺杂拓扑绝缘体中实验实现,并探讨了量子反常霍尔效应在低能耗器件方面的应用前景.     

触及诺贝尔奖

<正>在令人着迷且肉眼看不到的量子世界,粒子有自己独特的一套"生活方式",它们的行为难以用经典力学去解释,量子力学应运而生。从20世纪80年代开始,有关量子霍尔效应的研究已先后两次斩获诺贝尔奖,可这一家族中的"量子反常霍尔效应"却一直与全世界物理学家捉着迷藏,不肯露出庐山真面目。今年3月,这一世界性的难题终于在我国科学家的手中攻克,证实了人们期待已久的"量子反常霍尔效应"的存在。这是量子霍尔家族的最后一位成员,它和此前发现的量子霍尔效应、量子自旋霍尔效应组成了量子霍     

量子反常霍尔效应:打开诺贝尔奖富矿的钥匙

<正>中世纪的欧洲,大科学家伽利略在比萨斜塔成功地完成了自由落体实验,从而否定了古代大学者亚里士多德关于物体降落的速率和该物的重量成正比关系的理论,由此扬名于世。19世纪的美国物理学家霍尔,同样怀疑和推翻了英国物理学家、电磁学权威麦克斯韦关于某一电磁现象的论断,经过艰苦的探索和实验,"霍尔效应"问世了。新闻界将霍尔的成功誉为"过去50年中电学领域最重要的发现"。霍尔大学毕业后在美国北部的缅因当了两年中学教员,于1877年考入霍普金斯的研究生院,师从罗兰     

量子反常霍尔效应研究进展

量子反常霍尔效应是一种不需要外加磁场的量子霍尔效应.它不但为手征量子霍尔态的理解和应用提供了一个理想的研究平台,还可以用于构建多种新奇拓扑量子物态.本文回顾了近年来量子反常霍尔效应实验方面的研究进展,包括对磁性掺杂拓扑绝缘体中量子反常霍尔效应相关机理的深入研究、基于量子反常霍尔绝缘体的各种异质结构的制备及性质研究,以及可能具有更高工作温度的量子反常霍尔效应材料体系的探索等.这些研究进展对量子反常霍尔效应的未来发展方向和凝聚态物理的发展具有重要的启示作用.     

围绕霍尔效应的那些概念

<正>霍尔效应:此为电磁效应的一种,是美国物理学家霍尔于1879年发现的。在一个通有电流的导体中,如果施加一个垂直于电流方向的磁场,由于洛伦兹力的作用,电子的运动轨迹将产生偏转,从而在垂直于电流和磁场方向的导体两端产生电压,这个电磁输运现象就是著名的霍尔效应。产生的横向电压被称为霍尔电压,霍尔电压与施加的电流之比则被称为霍尔电阻。由于洛伦兹力的大小与磁场成正比,所以霍尔电阻也与磁场成线性变化关系。与量子霍尔效应相关的发现之所以屡获学术大奖,是因为霍尔效应的功能在许多技术设计中都十分重要。人们日常生活中常用的很多电子器件的设计原理都来自霍尔效应,仅汽车     

锐·聚焦

<正>霍尔效应就像一个富矿,一代又一代科学家为之着迷,为之献身,他们的成就也多次获得诺贝尔物理奖。量子反常霍尔效应之所以如此重要,是因为这些效应可能在未来电子器件中发挥特殊作用,无需高强磁场,就可以制备低能耗的高速电子器件,这意味着计算机未来可能发生革命性的更新换代……     

领跑在“量子高速路”上的中国战车

<正>我国科学家首次在实验中发现量子反常霍尔效应,引起国际物理学界巨大反响,人们在赞叹我国科学家为之付出的艰辛努力的同时,不免对实现量子反常霍尔效应起到关键作用的拓扑绝缘体产生了浓厚兴趣,那么拓扑绝缘体究竟是什么东西,它为何有如此神通广大的能耐?寻找"马约拉纳费米子"     

我国科学家做出“诺贝尔奖级”重要成果

<正>4月10日,由清华大学物理系和中科院物理研究所联合组成的实验团队,在磁性掺杂的拓扑绝缘体薄膜中,从实验上首次观测到"量子反常霍尔效应",引起国际物理学界巨大反响。这一实验不仅证实了此前中科院物理研究所与斯坦福大学理论团队的预     

NiTi多晶样品中弹性软化现象的研究

NiTi合金具有形状记忆效应,这一效应是与在～0℃以上发生的由B_2相(b.c.c.)→M相(b.c.t.)的马氏体相变有关的.在M_s点以上,曾发现电阻、X射线和电子衍射及内耗的反常,对这些被称为予马氏体效应的反常现象曾有多种解释,其中之一是Clapp的软模理论.他认为马氏体相变是由母相点阵中一些特殊区域(如缺陷)被应变导致的弹性不稳定性     

低维量子材料的研究进展

许多新奇的量子效应可以在一些特殊的材料中被观察或者观测到，这一类材料是量子效应的载体，被称为量子材料。对量子材料的研究正在引领新的技术革命，是多个研究领域的前沿热点方向。由于低维材料中电子与电子之间的关联性和电子明显的限域效应，其中存在着丰富且奇妙的量子效应或者行为。文章主要从材料中的量子效应出发介绍了影响量子材料基本特性的几种机理，并着重介绍了几种低维量子材料(拓扑绝缘体、石墨烯、硅烯、锗烯)的发展历程、发展现状和目前所面临的挑战。     

Fe基软磁纳米微晶磁致电阻抗效应的研究

近年来,发现由Fe,Co,Ni和Cr,Ag,Cu所组成的二元复合膜和颗粒膜具有巨磁电阻效应,预期它在磁记录、磁传感器等方面有潜在的应用前景,引起各国科学家的广泛兴趣.但从目前的研究情况看,在很多情况下这些薄膜还需要有强磁场和低温才能显示出显著的效应.然而,最近,由Mohri等人从Co基非晶的丝或带可观察到巨磁致电阻抗效应,当频率几十kHz到几MH_z的电流通过非晶丝的截面时,在室温加80～800A/m的低磁场就能探测到△Z/Z(0)(=(Z(H)-Z(0))/Z(0))的变化在50%以上.我们在研究Fe基纳米微晶FeCuNbSiB中同样观测到巨磁致电阻抗效应,而且经不同温度退火后还会显示出不同的△Z/Z(0)值.当选取材料组分为Fe_(73)Cu_1Nb_(1.5)Mo_2Si_(13.5)B_9并在横向磁场退火后,磁致电阻抗效应可达～100%,灵敏度达～8%(A/m).     

从分子作用把握整体效应——中药分子药理的理论研究

古典中医学、中药学著作中所载中药的功用主治,都是在人整体上所表现出来的效应.作者所进行的工作——中药分子药理的理论研究,旨在揭示这些整体效应的分子基础,即从中药分子(活性成分)对机体生物分子(递质、受体、酶等)的作用,理解中药整体效应的机制.此项研究工作中的结果形成了一个理论结构.表达这个结果的专著《中药分子药理学导论》1998年将由清华大学出版社出版.     

2007年度诺贝尔物理学奖评介 巨磁电阻效应的发现和应用

人们一般把磁性金属和合金的电阻随磁场大小而改变的现象称为磁电阻效应.磁电阻效应的大小通常用[ρ(H)-ρ(O)]/ρ(O)×100%来衡量,其中ρ(H)和ρ(O)分别是有磁场和无磁场时的电阻值.磁电阻效应,早在1857年就被英国的开尔文(L.Kelvin)发现了.不过,这种改变的幅度并不大,通常只在1%到2%之间.     

石墨烯霍尔元件

回顾了石墨烯霍尔元件的现状,并展望了其应用前景.石墨烯霍尔元件能够充分发挥石墨烯材料迁移率高和单原子薄层等优势,规避其没有带隙或者小带隙的缺陷,其主要的性能包括灵敏度、线性度、分辨率、温度稳定性等都超过了基于传统半导体材料的霍尔元件,而且制备工艺简单,容易得到高性能的石墨烯磁敏传感器.基于化学气相沉积(CVD)生长并转移到绝缘基底上的石墨烯材料,批量制备出高质量性能均匀的石墨烯霍尔元件.通过低温的器件加工工艺,将石墨烯霍尔元件集成到硅基互补性金属氧化物半导体(CMOS)电路中,实现了高性能混合霍尔集成电路,展示了石墨烯霍尔元件与硅基CMOS集成电路良好的工艺兼容性.     

大振幅离子声波非线性效应的理论和实验研究

QNeil和Altshul等研究了大振幅电子朗缪尔波随时间阻尼的非线性理论.Franklin等实验得到了电子朗缪尔波振幅周期性变化的结果.但由线性朗道阻尼(或增长)发展到非线性效应几个阶段的理论和实验研究进行的很少.本文对离子声波非线性效应的研究证明理论与实验的结果比较是一致的.     

碳纳米管膜的压阻效应

对碳纳米管(CNT)膜的压阻效应进行了研究. 实验所用的碳纳米管用热灯丝气相沉积法(CVD)合成, 压阻效应用3点弯曲法测量. 研究发现: 在室温下与500微应变时, 碳纳米管膜的压阻因子至少是65, 超过多晶硅(Si)在35℃时的压阻因子30. 并且, 碳纳米管膜的压阻因子随温度的升高而变大. 还讨论了碳纳米管膜出现压阻效应的机制.     

永不停息的“霍尔接力赛”

<正>如果把人类的一切活动比作一场体育盛会,那人类的科研活动就是这场体育盛会中的"接力赛"。与体育赛事中具有普通意义的"接力赛"不同的是,人类科学研究活动这场"接力赛"只有起点,没有终点,"接力赛"中的"运动健儿"也将永不停息,"运动精神"代代相传。同样,"霍尔接力赛"也将永不停息。霍尔不信奉权威麦克斯韦关于电磁现象的论断,经过艰苦的探索和实验,提出了著名的"霍尔效应"。接着,整数量子霍尔效应被发现了,分数量子霍尔效应也被发现     

金刚石膜压阻效应的研究

用化学气相方法合成的金刚石薄膜也具有天然金刚石的各种优异特性.它作为一种宽带隙半导体材料可制备出高温、高速、大功率和抗辐射的电子器件.最近研究还发现,P型金刚石膜有十分显著的压阻效应.特别是随着温度的升高这种效应会增强.Aslam等人首次研究了P型多晶和同质外延金刚石膜的压阻效应.他们的研究结果表明,P型同质外延金刚石膜室温下500×10~(-6)应变时压阻因子(应变计灵敏度)至少是500,超过了单晶硅(120)和多晶硅     

含卤有机化合物与甲状腺素转运蛋白相互作用的卤代效应

甲状腺素(thyroid hormones,THs)干扰物(thyroid disrupting chemicals,TDCs)能与THs竞争甲状腺素转运蛋白(transthyretin,TTR)的结合位点而影响THs体内平衡.TDCs结构中的卤素基团是影响TDCs与TTR相互作用的关键性结构因子.本研究分析了卤代化合物与TTR的复合物结构和卤代化合物与TTR的相互作用势(logRP),发现卤键和卤氢键、诱导效应和疏水效应是影响有机卤化合物与TTR相互作用的关键因素.卤键(主要是卤氧键)和卤氢键的形成,增强了有机卤化合物与TTR的相互作用.对可电离化合物,诱导效应是卤素基团影响logRP大小的重要因素,疏水效应是卤素基团影响多溴联苯醚(PBDEs)等不可电离化合物与TTR相互作用的主要因素.     

1985年诺贝尔奖金获得者简介

物理奖该项奖金授予西德慕尼黑普朗克研究所的固体物理学家克里钦(Klaus von Klitzing),以表彰他在“量子霍尔效应”研究中所取得的巨大成就。克里钦的成就将普朗克的量子论工作带入“微片”的年代。早在5年前他在符茨堡大学时就开始了二维电子气体的研究工作。产生二维电子气体要求一种金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET)。他特别对测量MOSFET中二维电子层的霍尔效应感兴趣。他发现,霍尔电阻只能取少量的值,每一值与电阻的表观基本值有关。他还意外地发现,电阻值完全与随实验条件而变化的量值无关。霍尔电阻