得到朗道能级等量子力学特有的现象;第四部分简述多种类型的量子霍尔效应,包括整数、分数、反常和自旋量子霍尔效应;第五部分总结全文;最后提供一个附录,列出进入本领域科研所需的拓扑、纤维丛、示性类方面的基础知识,给出一条学习的短程线。另外,第二篇论文将主要介绍几种基于量子霍尔效应的拓扑新材料,包括石墨烯、拓扑绝缘体和拓扑半金属。
量子霍尔效应是由德国科学家在1980年发现的一种量子效应，它是凝聚态物理学领域中最重要、最基本的量子效应之一。这个效应的主要内容是，导体中杂乱无章运动着的电子，在磁场的作用下，会被迫跑到了一边。在这种效应下导体内部因电子无序运动产生的发热、损耗和速度下降的问题将极大的得到改善。但是这种效应要让导体内...
在强磁场作用下,电子在垂直于磁场方向的空间上形成二维层状结构(即量子阱),并且在此结构中存在禁闭的能级。当外加一定的电场时,电子会产生沿着磁场方向的漂移,而垂直于磁场方向的速度分量仍然受到限制。 在量子霍尔效应中,当电子填满最低的能级(称为填满能级)时,存在一种特殊的电导现象,称为整数量子霍尔效应。在...
L. Stormer)在美国贝尔实验室研究半导体霍尔效应。他们所用的实验材料是半导体GaAs和GaAlAs夹在一起形成的半导体质结,二维电子被限制在这两种不同半导体的接触面上。他们发现,量子霍尔效应平台不仅f 为整数时被观察到,而且也出现在f 为一些奇分母的分数 1/3 ,2/5的情况下,如图3所示。由于f 可取分数,所以此类...
量子霍尔效应是一种在低温、强磁场下的二维材料中观察到的量子现象,表现为霍尔电导(横向电阻)呈现精确的量子化平台。这一发现颠覆了传统对物质导电行为的认知,并成为凝聚态物理和拓扑物态研究的重要基石。 核心概念 经典霍尔效应 1879年,埃德温·霍尔发现,当电流通过导体并施加垂直磁场时,会在材料横向产生电压(霍尔电压...
图1 霍尔效应的家族 在一个世纪之后的1980年,Klitzing K的研究团队研究了在低温强磁场下的二维电子气的输运性质,发现纵向电阻率接近于0,同时霍尔电导也以e2/h的最小单位出现,这种现象被称为整数量子霍尔效应[3]。整数量子霍尔效应的出现意味着电子已经进入到了一种无法压缩,有强烈定向性的状态中,我们称之为“手性...
量子霍尔效应是由克劳斯·冯·克利青于1980年在法国格勒诺布尔的高磁场实验室首次观察到的，当时他正在研究硅基MOSFET（金属氧化物半导体场效应晶体管）中电子的行为。在接近绝对零度的极低温和强磁场下，冯·克利青观察到霍尔电导变得精确地量子化，每个台阶对应于一个基本电导量子e²/h的整数倍。他发现霍尔电阻的...
在这个“高速公路”上,电子就像高速公路的汽车一样,是分道行驶,十分有序,不会发生碰撞,也就是说没有电阻,从而有可能解决电子器件发热的根本问题。这个不依赖强磁场也能产生量子霍尔效应的现象就是量子反常霍尔效应。 2023年度国家最高科学技术奖得主 中国科学院院士 薛其坤:量子反常霍尔效应,就是在拓扑绝缘体这个...
事实上从以上基础再向前一步即可抵达量子霍尔效应与低维拓扑新材料这一国际凝聚态物理研究的前沿。方案可以是把量子力学引入有垂直外磁场存在的霍尔系统,直接求解相应的量子力学方程,即可得到重要的物理量如朗道能级、填充因子等。然后通过计算电导的久保(Ku...
诺贝尔物理学奖获得者,他们的工作都是需要磁场的量子霍尔效应,而量子反常霍尔效应是唯一一个不需要磁场的量子霍尔效应,也是量子霍尔效应家族中最后一个重要成员,它的出现让霍尔效应这个大家族有了添丁之喜,目前这一家族成员有霍尔效应、反常霍尔效应...