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    第五人格爱哭鬼种树如何范围最大:我國學者實驗觀測到三維量子霍爾效應

    日期 2019-05-24   來源:數理科學部   作者:倪培根 姜向偉 陳剛 郭海中  【 】   【打印】   【關閉

    第五人格侦探时装 www.xhvtl.icu 圖1 a. ZrTe5的晶格結構;b. 實驗測量的費米面形狀,該費米面是封閉的,表征該電子體系的三維特性;c. 三維量子霍爾現象

    圖2 a. ZrTe5金屬絕緣體量子相變的標度行為;b. ZrTe5磁場與溫度的電子相圖

      在國家自然科學基金項目(批準號:11874193,11474265)等資助下,南方科技大學物理系張立源研究組、中國科學技術大學物理學院喬振華研究組與新加坡科技設計大學楊聲遠教授、美國佛羅里達州立大學楊昆教授、麻省理工學院Patrick A. Lee教授和布魯海文國家實驗室Genda Gu教授合作在量子霍爾效應研究領域取得重要進展,在五碲化鋯(ZrTe5)塊體單晶材料中首次觀測到三維量子霍爾效應。該成果以“Three-dimensional Quantum Hall Effect and Metal–insulator Transition in ZrTe5”(五碲化鋯中的三維量子霍爾效應和金屬絕緣體相變)為題,于5月8日在線發表在Nature(《自然》)上,文章鏈接:https://www.nature.com/articles/s41586-019-1180-9。

      上世紀八十年代,德國科學家馮·克利青在二維體系中實驗發現了量子霍爾效應, 開啟了凝聚態物理學中研究拓撲物理的新時代,也深刻地改變了人們對相變和物態分類的理解。特別是最近十多年來,拓撲量子物態和拓撲量子材料的研究已經成為當前凝聚態物理最活躍的研究領域之一。把量子霍爾效應從二維拓展到三維體系,這項研究在二維量子霍爾效應實驗發現后不久便引起關注。哈佛大學著名物理學家Bertrand Halperin教授1987年在理論上預言了三維量子霍爾效應的可能存在方式和具體特征。然而,該項實驗對測量條件和材料品質的要求異??量?,科研人員進行了諸多嘗試,但實驗上未獲得確信的直接觀測證據。

      最近,南方科技大學張立源研究組、中國科學技術大學喬振華研究組與國外研究團隊的密切合作,通過研究發現:超高的遷移率、超低載流子濃度,以及單個費米口袋特性是整個實驗成功的關鍵所在。他們研究了多種高品質的ZrTe5晶體,該材料在2014年被中科院物理所翁紅明、戴希和方忠等人預測可能具有非平庸的拓撲性。在低溫和小磁場條件下,通過量子振蕩輸運測量和分析手段,可以重構出一個非常清晰的閉合費米面拓撲結構。這種封閉的三維費米面可以與準二維體系明確分開,在量子極限區域,觀測到縱向電阻為零和平臺狀的霍爾電阻,這種行為與Halperin教授預言的三維量子霍爾效應的特征完全一致。當繼續增大磁場,還進一步發現金屬絕緣體轉變,說明該三維體系中的量子相異常豐富。

      自1980年發現量子霍爾效應后,人們把注意力主要集中在二維體系里。這次在三維電子氣體系里也實現了量子霍爾效應,為霍爾效應家族增加了一個重要的板塊。這些新奇現象背后的微觀物理機制展現了新的研究前景。