研究發現量子霍爾態界面電荷序調控新機制
軍工資源網 2022年12月29日 近日，山西大學量子光學與光量子器件國家重點實驗室教授韓拯課題組實現了一種垂直電場調控的準二維界面局域電子態，通過庫侖相互作用對石墨烯自身能帶產生有效調控，并在磁場下呈現新奇量子霍爾態。研究成果發表于《自然-納米技術》。
量子霍爾邊界態理論上可構建手性超導等新型量子激發態系統，是一種重要的拓撲電子態。除本征屬性外，量子霍爾效應在很大程度上會受到襯底材料對其電子摻雜乃至電子結構調控的影響。
該研究發現，石墨烯與一氯一氧化鉻垂直復合系統中的界面準二維電子態自發對稱破缺，并趨于形成波長在數納米至數十納米的電荷序。
這種長程序超周期能夠進一步加強石墨烯電子自身的電子關聯，使得電中性點附近的狄拉克電子費米速度大幅增加并打開帶隙，體現為狄拉克錐“變尖”的能帶重構。
值得一提的是，在這個界面耦合量子霍爾邊界態相中，橫向電導量子化可以在很小磁場中發生，并且該行為可維持到液氮溫度以上，具有極強的魯棒性。例如，77K溫度下，該體系實現±2填充系數的橫向電導量子化平臺所需磁場可低至350mT（該磁場強度可由一般永磁體提供），而傳統石墨烯的量子化電導需要10T以上磁場才能獲得。這使量子化電導邊界態在諸如拓撲超導、量子霍爾法珀干涉等未來電子學應用方面，從液氦溫區向液氮溫區邁出了關鍵一步。
相關論文信息：https://doi.org/10.1038/s41565-022-01248-4