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量子反常霍尔效应所需要实验材料的三个苛刻条件全部实现

返回列表 来源:华芯霍尔元件 浏览:0 发布日期:2019-03-26 15:55:31【大 中 小】

材料生长动力学机制这一关键问题得以解决,但这并不意味着接下来的工作就是一片坦途。毫不例外的,实现量子反常霍尔元件效应所需的三个苛刻条件带来的种种难题,我们也都遇到了。

 

  比如即使是高质量的拓扑绝缘体薄膜,也很难做到真正绝缘;另外在拓扑绝缘体材料中实现自发铁磁序也非常困难。在四年里,我们团队成员共生长和测量了超过1000个样品,并通过一次次的生长、测量、反馈、调整,争取每一步都做到极致。

 

  2010年,我们完成了对1纳米到6纳米(头发丝粗细的万分之一)厚度薄膜的生长和输运测量,得到了系统的结果,从而使得准二维拓扑绝缘体的制备和输运测量成为可能。

 

  2011年,我们实现了对拓扑绝缘体能带结构的精密调控,使其成为真正的绝缘体,去除了体内电子对输运性质的影响。

 

  2011年底,我们在准二维、体绝缘的拓扑绝缘体中实现了自发长程铁磁性,并利用外加栅极电压对其电子结构进行了原位精密调控。

 

  就这样,量子反常霍尔元件效应所需要实验材料的三个苛刻条件终于实现了!

 

  2012年10月的一个晚上,我收到学生的短信:在实验中发现了量子反常霍尔元件效应的迹象!

 

  当晚,我立即设计出几套方案,部署好了下一步的实验,特别是和中科院物理所吕力研究组合作,将实验推进到接近绝对零度的极低温。

 

  接下来的一段时间里,数据不停地跳动着,10000、20000、25800!数据停住了!材料在零磁场中的反常霍尔电阻达到量子电阻的数值并形成一个平台,同时纵向电阻急剧降低并趋近于零,这是量子化反常霍尔元件效应的特征性行为!

 

  历史在这一时刻定格,在美国物理学家霍尔于1880年发现反常霍尔效应133年后,人类终于实现了其量子化,这一步由我们中国人的实验完成!

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