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关于拓扑绝缘体

    按导电性质的不同,材料可分为“金属”和“绝缘体”两大类;根据电子态的拓扑性质的不同,“绝缘体”和“金属”还可以进行更细致的划分。拓扑绝缘体就是根据这样的新标准而划分的区别于其他普通绝缘体的一类绝缘体。因而,拓扑绝缘体的体内与人们通常认识的绝缘体一样,是绝缘的,但是在它的边界或表面总是存在导电的边缘态,这是它有别于普通绝缘体的最独特的性质。这样的导电边缘态是稳定存在的,且不同自旋的导电电子的运动方向是相反的,所以信息的传递可以通过电子的自旋,而不像传统材料通过电荷,不涉及耗散过程,通俗地说就是不会发热,这一发现让人们对制造未来新型电脑芯片等元器件充满的希望。

 

    中科院物理所和清华大学物理系组成的团队合作攻关,克服了薄膜生长、磁性掺杂、门电压控制、低温输运测量等多道难关,一步一步实现了对拓扑绝缘体的电子结构、长程铁磁序以及能带拓扑结构的精密调控,利用分子束外延方法生长出了高质量的Cr掺杂(Bi,Sb)2Te3拓扑绝缘体磁性薄膜,并在极低温输运测量装置上成功地观测到了“量子反常霍尔效应”。

在Cr掺杂的(Bi,Sb)2Te3拓扑绝缘体磁性薄膜中测量到的霍尔电阻

 

    中国科学家首次在实验中发现量子反常霍尔效应引起国际物理学界巨大反响,著名物理学家、诺贝尔奖得主杨振宁410日称赞其是诺贝尔奖级的成绩。