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賓夕法尼亞州立大學Cui-Zu Chang課題組--量子反常霍爾絕緣子中陳氏數的調節

量子反常霍爾(QAH)態是一種二維拓撲絕緣態，在零磁場下它具有量子化的霍爾電阻h/(Ce2)和接近零的縱向電阻（其中h為普朗克常數，e為元電荷，C為陳數）。在磁性拓撲絕緣體和魔轉角石墨烯體系中已經實現了量子反常霍爾態。然而，到目前為止，零磁場下僅實現了C=1的量子反常霍爾態。在這里，我們利用分子束外延方法制備了交替排列的磁性和非摻雜拓撲絕緣體的層狀結構，并實現了具有可調節陳數（最高C=5）的量子反常霍爾態。這些量子反常霍爾絕緣體的陳數由體系中未摻雜拓撲絕緣體的層數決定。此外，我們證明了體系中的陳數可以通過改變磁性拓撲絕緣體層中的磁摻雜濃度或磁性拓撲絕緣體的厚度來調節。我們建立了一套理論模型來解釋我們的實驗結果，并建立了具有可調節陳數的量子反常霍爾絕緣體的相圖。這種絕緣體的實現促進了無耗散手征邊緣電流在電子器件中的應用，為多通道量子計算和高容量手征電路互連的發展提供了思路。

Fig. 1 無磁拓撲絕緣子多層結構中的高C QAH效應。

Fig. 2 無磁拓撲絕緣子多層結構中高C QAH效應的觀察

Fig. 3 無磁拓撲絕緣體多層結構中高C QAH態的證明。

Fig. 4 QAH絕緣子中的可調陳數。

相關研究成果于2020年由賓夕法尼亞州立大學Cui-Zu Chang課題組，發表在Nature(https://www.nature.com/articles/s41586-020-3020-3)上。原文：Tuning the Chern number in quantum anomalous Hall insulators。

轉自《石墨烯雜志》公眾號

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