量子霍尔电阻作为电阻自然基准的研究

本文介绍了量子霍尔效应（ＱＨＥ）作为电阻自然基准的前景．并研制了一种量子霍尔电阻（ＱＨＲ）的测量系统，在４．２Ｋ的温度下对ＱＨＲ进行了精密测量，测试了多个ＧａＡｓ－ＡｌＧａＡｓ异质结的ＱＨＲ，其量值为２５８１２．８４６Ω，测量不确定度约为１×１０－６。     

量子霍尔电阻的精密测量

1980年冯·克里青教授利用MOSEFT在低温强磁场中发现量子霍尔效应,其量子霍尔电阻(QHR)为:R_H=h/(ne~2),(1)式中,e为电子电荷;h为普朗克常数;n为整数.上式表明,量子霍尔电阻只与基本物理常数h/e~2有关,与材质和样品的几何尺寸无关.因此,可利用它来建立电阻的自然基准和测量精细结构常数.为了用它建立电阻自然基准,许多国家的实验室都进行了量子霍尔电阻的精密测量,最高测量不确定度已达1×10~(-8).1988年第18届国际计量大会(CGPM)及第77届国际计量委员会(CIPM)作出决议:“自1990年1月1日起,国际上将同时正式启用以约瑟夫逊常数和冯·克里青常数的国际公认值为基础的电学计量新基准复现电压单位和电阻单位.作为量子霍尔电阻的公认值——冯·克里青常数     

HgTe量子阱中的量子自旋霍尔绝缘态

近来,理论研究预言量子霍尔效应,在外加磁场为0的情况下物质出现的一种全新的量子态可以在HgTe/（Hg,Cd）Te量子阱中实现。我们制造了低密度高迁移率的样品结构,在样品中我们可以通过外加栅极电压调节载流子从n型穿过绝缘区到p型。对于宽度d〈6.3nm的薄量子阱,绝缘区在低温下具有常规的难以察觉的微小电导。然而,对于厚的量子阱（d〉6.3nm）,在绝缘层中也出现接近2e2/h的剩余电导,其中e是电子电荷,h是Planck常数.剩余电导与样品宽度无关,证明这是由边缘态引起的.此外剩余电导可以被微小的外加磁场所破坏.在临界厚度d=6.3nm处发生的量子相变也与磁场诱发的绝缘-金属转变互相独立.这些观察结果为量子自旋霍尔效应提供了实验证据。     

不同噪声环境中量子精密测量及其量子模拟实验检验的研究进展

量子精密测量利用量子纠缠和量子相干性提高测量精度.本文简要回顾了在各种噪声环境中的量子精密测量方案,包括非马尔科夫噪声、关联噪声、双光子噪声环境等.另外,量子信息的蓬勃发展让我们能够设计和利用相应的量子模拟实验,从而检验各种量子精密测量理论方案的实验可行性.     

发现量子反常霍尔效应

2013年3月15日,由清华大学、中科院物理所和美国斯坦福大学组成的研究团队在《科学》杂志在线发文,宣布通过实验,首次发现了一个神奇而重要的物理现象——量子反常霍尔效应。这篇论文被杨振宁先生称为中国实验室里诞生的第一篇诺贝尔奖级别的物理学论文。未来,基于量子反常霍尔效应制成的新型电子器件,或许会取代我们现在使用的这些半导体器件,使信息技术进入一个全新的时代。     

原子轨道电阻的量子化

据圆形封闭弦的驻波条件，将机械波的一些特性应用于几率波，得到电子相对于原子核运动的角动量量子化条件；根据角动量量子化条件，得到原子轨道电阻的数学达式。结果显示轨道电阻的取值是分立的，这一结论与霍尔电阻的定义和具体表达形式是完全一致的。     

霍尔效应的最新发展及应用

拥有正常电子结构的材料可以在没有磁场作用下与电场发生作用并最终出现量子霍尔效应和自旋霍尔效应,本文详细介绍了这两种霍尔效应的理论原理及实验现象的最新进展。     

拓扑平带上的分数量子反常霍尔效应(二)

拓扑平带模型属于著名Haldane模型的扩展版本,至少有一个能带具有非平庸的拓扑性质,即有非零的陈数(Chern number),另外,该能带的带宽很窄,且与其他能带间有较大能隙.通过对拓扑平带上强关联相互作用的费米子和玻色子晶格体系的系统数值研究,发现了一类新奇的阿贝尔型和非阿贝尔型分数量子霍尔效应.新发现的分数量子霍尔效应不同于传统朗道能级上的连续型分数量子霍尔效应,无须外加强磁场,有较大特征能隙,可在较高温度下存在,无需单粒子朗道能级,不能用常规Laughlin波函数来描述.这些无外加磁场、无朗道能级的分数化现象,定义了一类新的分数拓扑相,也称为分数陈绝缘体,其中的分数量子霍尔效应也称为分数量子反常霍尔效应.该新领域在近期引起了国际凝聚态物理学界的研究热情与广泛关注.对笔者与合作者在该领域的系列研究工作进行了综述介绍,以期引起国内外同行的进一步研究兴趣.     

拓扑平带上的分数量子反常霍尔效应（一）

拓扑平带模型属于著名Haldane模型的扩展版本,至少有一个能带具有非平庸的拓扑性质,即有非零的陈数（Chernnumber）,而且该能带的带宽很窄,同时与其他能带间有较大能隙．最近通过对拓扑平带上强关联相互作用的费米子和玻色子品格体系的系统数值进行研究,发现了一类新奇的阿贝尔型和非阿贝尔型分数量子霍尔效应．新发现的分数量子霍尔效应不同于传统朗道能级上的连续型分数量子霍尔效应,无须外加强磁场,有较大特征能隙,可在较高温度下存在,无需单粒子朗道能级,不能用常规Laughlin波函数描述．这些无外加磁场、无朗道能级的分数化现象,定义了一类新的分数拓扑相,也称为分数陈绝缘体,其中的分数量子霍尔效应也称为分数量子反常霍尔效应．该新领域在近期引起了国际凝聚态物理学界的研究热情与广泛关注．对笔者与合作者在该领域的系列研究工作进行综述介绍,以期引起国内外同行的进一步研究兴趣．     

从量子反常霍尔效应重大成果看基础研究资助工作

本文以量子反常霍尔效应重大成果为例,总结了科学基金资助在稳定支持基础研究工作、培育创新人才、资助科研仪器设备研制等方面的作用及科学家勤于探索、勇于创新、善于协同、重视创新文化建设等方面的经验,分析了我国基础研究经费投入、科研环境建设、人才培养、资助管理等方面问题,提出了持续增加基础研究投入、加强创新人才培养、重视科研仪器设备研制、营造科学家潜心研究的良好环境等政策建议,希望对科学基金资助的基础研究工作取得重大成果有一定的借鉴作用。     

我科学家首次在实验中发现量子反常霍尔效应

由清华大学薛其坤院士领衔，清华大学、中科院物理所和斯坦福大学研究人员联合组成的团队在量子反常霍尔效应研究中取得重大突破，他们从实验中首次观测到量子反常霍尔效应，这是我国科学家从实验中独立观测到的一个重要物理现象，也是物理学领域基础研究的一项重要科学发现。     

GaAs霍尔器件γ和β射线辐照研究

用γ和β射线分别对GaAs霍尔器件进行不同时间的辐照,测定了辐照前后器件的输入电阻、输出电阻、霍尔灵敏度等电磁参数。结果表明:γ和β射线辐照使器件的输入、输出电阻增加,但霍尔灵敏度可能增加也可能减小,其与射线种类、辐照时间密切相关。具体分析认为,射线辐照使材料表面及内部结构改变,进而引起载流子浓度、迁移率等的变化,最终导致器件的宏观电磁参数发生变化。     

基于光学参量放大的量子干涉仪

文章综述了基于光学参量放大的量子干涉仪。高灵敏度干涉仪是实现精密测量的一种重要仪器,它的灵敏度受限于探测光场的真空起伏所决定的标准量子极限。构建新型结构的量子干涉仪可以实现突破标准量子极限的微弱信号测量。一方面,利用光学参量放大器作为非线性分束合束器,可以构建非线性迈克尔逊干涉仪,在保持噪声水平不变时将相位信号放大,使其灵敏度超越标准量子极限。另一方面,在基于光学参量放大器的量子马赫-曾德尔干涉仪中,干涉仪两臂中光学参量放大器产生的相位压缩态直接用作相敏量子态,通过同时压缩散粒噪声和放大相敏场强,能够实现突破标准量子极限的微弱信号测量。基于光学参量放大器的量子干涉仪为量子精密测量的实用化发展提供了参考。     

浅论霍尔效应的发展及其应用

随着半导体材料和低维物理的发展,霍尔效应的理论研究不断取得进展,应用霍尔效应发展的霍尔器件不断改进、发展,在生产和科研实际中得到越来越普遍的应用.     

关于霍尔效应实验的测量分析

在霍水电压建立的同时，除会出现四种附加电压（统称为热效应电压）外，还有第五种附加电压Ｕ＿５存在．在对常用的霍尔元件的Ｕ＿５量值进行了具体测定分析，得出了Ｈｚ－３型与Ｈｚ－１型霍尔元件的质量比较．     

霍尔传感器的开发研究

本文用霍尔传感器的基本原理,对其进行了开发研究,利用它耐潮湿、耐振动、抗污染、无触点、无烧蚀等特性,设计了汽车发动机用的霍尔点火器。     

论青藏高原大气折射对地面精密测量的影响

首次提出了青藏高原大气折射对地面精密测量影响的特殊性问题，论述了开展高原大气折射研究的重要意义，分析了国内外研究现状，阐明了研究的目标和主要内容。     

磁阻式与霍尔式接近开关性能比较

介绍了磁阻式接近开关和霍尔式接近开关的工作原理及信号处理电路,并对二者的动态特性进行了测量和分析.实验表明:磁阻式接近开关动态特性优于霍尔式接近开关,该接近开关灵敏度高,稳定性好,且成本低,可替代霍尔式接近开关,用于铁磁性材料检测和控制.     

霍尔效应理论发展过程的研究

以霍尔效应的发展过程为线索,从不同种载流子的经典霍尔效应的出发,系统阐述了霍尔效应的原理、反常霍尔效应、整数量子霍尔效应、分数量子霍尔效应以及自旋霍尔效应理论的发展过程,同时介绍了我国在这方面研究的最新进展.