量子反常霍尔效应(QAHE) | ARC未来低能电子技术卓越中心

第一作者，卧龙岗大学博士生Muhammad Nadeem

跨越三个FLEET节点的合作回顾了支撑量子反常霍尔效应(QAHE)的基本理论。

qhe是凝聚态物理学中最引人注目和最重要的最新发现之一。

这是新兴“量子”材料功能的关键，为超低能量电子产品提供了潜力。

QAHE使零电阻电流沿着材料的边缘流动。

拓扑绝缘体在2016年获得了诺贝尔物理学奖，它基于一种被称为量子反常霍尔效应(QAHE)的量子效应。

主要作者Muhammad Nadeem解释说:“拓扑绝缘体仅沿其边缘导电，其中单向'边缘路径'传导电子，而不会在传统材料中引起耗散和热的散射。”

QAHE最初是由2016年诺贝尔奖获得者Duncan Haldane教授(曼彻斯特)在20世纪80年代提出的，但随后证明在真实材料中实现QAHE具有挑战性。磁掺杂拓扑绝缘体和自旋无隙半导体是QAHE的两个最佳候选。

量子霍尔效应(QHE)是量子力学版本的霍尔效应在这种情况下，通过施加磁场，垂直于电流流动产生一个小的电压差。

量子霍尔效应在强磁场低温下的二维系统中观察到，其中霍尔电阻经历量子跃迁-即，它以离散的步骤而不是平滑的方式变化。

QAHE描述了横向“霍尔”电阻的“意外”(即“异常”)量化，同时伴随着纵向电阻的大幅下降。

QAHE被称为“反常”，因为它发生在没有任何施加磁场的情况下，其驱动力由a)自旋-轨道耦合或b)本征磁化提供。

通讯作者首席研究员王晓林教授(卧龙岗大学)

研究人员试图增强这两个驱动因素，以加强QAHE，允许拓扑电子在室温操作中可行。

这是技术人员非常感兴趣的领域，”王晓林解释道。“他们感兴趣的是利用这种电阻的显著降低来显著降低电子设备的功耗。”

“我们希望这项研究将揭示量子反常霍尔材料的基本理论观点，”合著者、FLEET主任Michael Fuhrer教授(莫纳什大学)说。

合作的理论研究集中在这两个机制上:

综述了四种可以增强这两种效应的模型，从而增强QAHE，允许拓扑绝缘体和自旋全极化零间隙材料(自旋无间隙半导体)在更高的温度下工作。

Muhammad Nadeem解释说:“在QAHE的各种候选材料中，无自旋隙半导体可能是未来拓扑电子学/自旋电子学应用的潜在兴趣。”

这项研究得到了澳大利亚研究理事会(卓越研究中心及未来研究金计划)。

雷竞技苹果版拓扑材料和其他新的量子态研究在FLEET，一个澳大利亚研究理事会卓越中心，在该中心研究主题1而且使能技术A．

未来低能电子技术中心(FLEET)是由100多名研究人员组成的合作组织，旨在开发超低能耗电子产品，以应对计算中能源使用的挑战，计算已经消耗了全球8%的电力，并且每十年就会翻一番。

FLEET将开发内部具有大带隙的二维拓扑绝缘体，足以在室温下传导边缘模式而不耗散。将开发超低功率拓扑晶体管，其中沿拓扑绝缘体和传统绝缘体之间边界的无耗散通道通过施加栅极电压来开关。

该综述的主要作者Muhammad Nadeem是FLEET的博士研究生，在FLEET的UOW节点接受王晓林教授的指导。

王晓林教授领导FLEET的卧龙岗大学节点，并领导使能技术团队开发新型原子薄材料，支持FLEET对超低能量电子产品的搜索，在卧龙岗大学管理新型2D材料的合成和表征。王教授同时也是UOW超导与电子材料研究所所长。

Alex Hamilton教授领导FLEET的新南威尔士节点，是该中心的副主任，并领导研究主题1，研究拓扑材料的使用。雷竞技苹果版

Michael Fuhrer教授(莫纳什大学)是FLEET的主任，他是二维材料电子特性研究的先驱，包括在FLEET的研究主题1中合成和研究具有大带隙的二维拓扑绝缘体。

量子反常霍尔效应综述