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.     

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。     

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。     

我国科学家首次发现“量子反常霍尔效应”

这个研究成果是从中国实验室里,第一次发表出来了诺贝尔物理奖级别的论文,这不仅是清华大学、中科院的喜事,也是整个国家发展中喜事。4月10日,诺贝尔物理奖得主、清华大学高等研究院名誉院长杨振宁教授高度评价了我国科学家的重大发现--量子反常霍尔效应。由清华大学薛其坤院士领衔、清华大学物理系和中科院物理研究所组成的实验团队从实验上     

CoFeB/Pt反常霍尔效应标度关系的研究

本文研究了磁控溅射法制备的CoFeB/Pt薄膜的反常霍尔效应.通过测量不同温度下（5-300K）的反常霍尔效应,系统研究了反常霍尔效应的标度关系,发现反常霍尔系数RS与纵向电阻率ρxx之间的关系满足RS=aρxx＋bρ2xx,当CoFeB较薄时,Skew-Scattering机制对反常霍尔效应的贡献占主导地位,随者CoFeB厚度的增加,反常霍尔效应的物理机制过渡为SideJump机制.     

钉扎在高温超导体反常霍尔效应中的作用

研究了钉扎在高温超导体反常霍尔效应中的作用。将从Ginzburg-Landau(GL) 理论出发推导出的扩展幂律方程应用到高温超导体霍尔效应中, 并详细考虑钉扎效应, 得到了霍尔电阻在低温低场端分别关于温度和磁场的两个标度律, 不同高温超导体的实验数据可以很好地标度在一起。同时, 基于含时GL理论的结果并考虑钉扎效应,给出了一组描述存在一次或多次霍尔反号的高温超导体的霍尔电导方程。     

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.     

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.     

量子场反常维度与相对的质量效应

单个强子发射源中π介子的反常维度为-γB(gR)=0.045±0.012,这个物理量控制粒子产生幅的奇异性;由玻色量子场反常维度γB(gR)而确定的质量反常维度γm(gR)=-2πγB(gR)/3与实验吻合,是质量效应存在的强有力证据;扣除相对的质量效应,以xN=(N-αab)/(〈N〉-αab)为自变量拟合的分布曲线,与实验符合较好。     

球面分数霍尔效应的纠缠研究

纠缠的冯纽曼熵测量被用于研究球分数霍尔效应。数值计算表明,球分数霍尔效应为最大纠缠态。当系统中粒子数较多时,纠缠度的值（E）可用霍尔效应的填充因子（ν）表示：E～log21ν。     

对称群的拓扑效应与分数角动量

近10年来,(2+1)维时空中的量子物理引起了物理学家们的极大关注.因为一些实在的物理现象可能在2维面上发生,在(2+1)维时空中,空间的对称群 SO(2)或组态空间(全同粒子)的基础群的非平凡导致了一些新的物理效应,例如分数角动量或分数统计等.1982年,F.Wilczek,R.Jackiw 等人考虑了背景规范场 U(1)势(纯规范)中带电粒子的量子行为,发现了粒子带有分数值的角动量.基于这一背景,可以把纯 Abel 规范势等效为一个处在原点形状忽略的磁流管,该体系称为 anyon 粒子.1984年,吴咏时从 n 个 anyon 粒子的组态空间的多连通性出发给出了路径积分形式,发现了 anyon 粒子交换不是置换群 S_n,而是辫子     

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。     

拓扑量子材料的合成、性质及应用（英文）

拓扑量子材料因其潜在的奇妙物性和在电子器件上的应用,已成为凝聚态物理领域研究的前沿和焦点。目前在拓扑量子材料中,拓扑超导材料和拓扑磁性材料是两类极具吸引力的体系。尽管对这些材料的研究已取得很大进展,然而对其合成、性质及应用,尤其是在合成方面,仍缺乏系统性的综述。因此,本文重点介绍了两类典型拓扑量子材料的实验制备,并简要介绍了他们潜在的物理性质及应用。最后,我们对拓扑量子材料体系的研究现状和未来发展提出了自己的思考。     

量子场反常维度γB（gR）与海森堡测不准关系

高能粒子·粒子碰撞与强子产生过程中（ｓ＝４～１８００ＧｅＶ）,非线性场量子的测不准关系ΔｘΔｐ＝４［１－（２／３）２γＢ（ｇＲ）］１／２成立,没有被破坏．海森堡测不准关系的Ｌｉｅｂ形式不存在．强子发射源的定域性需要进一步研究,但它们的运动不影响测不准关系．     

霍尔效应与新材料的发展

介绍了经典霍尔效应、量子霍尔效应和反常量子霍尔效应,以及在石墨烯、拓扑绝缘体等纳米新材料发展过程中的应用.     

拓扑绝缘体是关键

量子反常霍尔效应是由清华大学薛其坤院士带领的由清华大学、中科院物理所和美国斯坦福大学等单位组成的研究团队发现的。我们拜访了薛其坤院士,请他来讲讲什么是量子反常霍尔效应,以及他们是如何发现这个现象的。     

由Rashba效应和横向自旋轨道耦合诱发的量子点接触中的0.7反常结构研究

本文研究了在非对称限制势下由Rashba效应和横向自旋-轨道耦合诱发的量子点接触系统中的反常量子输运行为. 研究发现,在一定范围的Rashba相互作用强度下, 电导在0.8×2e2/h附近有一个较弱的坪台. 该坪台电导的值与非对称限制势的偏压有关. 在某个范围的偏压下, 它会随着偏压的增大而减小. 另外, 由于Rashba自旋-轨道耦合效应, 在非对称限制势作用下电子将会自旋极化. 因此, 在没有任何外加磁场的情况下, 采用纯电学手段即可做成量子点接触自旋偏振器.     

对P型半导体霍尔效应的一种新解释

本文在普通物理知识范围内,用经典图象解释了P型半导体发生霍尔效应时可以将空穴看成带正电的粒子。