南方科技大学张立源等首次在全球范围内实现三维量子霍尔效应学术资讯

来源：iNature

二维电子系统中量子霍尔效应（QHE）的发现使拓扑在凝聚态物理中发挥了核心作用。尽管几十年前提出将QHE推广到三维（3D）电子系统的可能性，但尚未通过实验证明。

2019年5月8日，南方科技大学张立源，中国科学技术大学乔振华及新加坡科技设计大学杨声远共同通讯在Nature在线发表题为“Three-dimensional quantum Hall effect and metal–insulator transition in ZrTe5”的研究论文，该研究全球首次在ZrTe5晶体中实现三维量子霍尔效应（3D QHE）。研究人员在磁场下对块状ZrTe5晶体进行低温电传输测量，并在相对较低的磁场下实现极限量子极限，其中仅占用最低的Landau水平。在这种情况下，研究人员观察到接近于零的无耗散纵向电阻率，伴随着与沿场方向的费米波长的一半成比例的良好发展的霍尔电阻率平台。这种响应是3D QHE的特征，强烈暗示了在极限量子下由增强的相互作用效应驱动的费米表面不稳定性。

该研究结果提供了3D QHE的实验证据，并为进一步探索3D系统中的奇异量子相和跃迁提供了有希望的平台。

二维电子系统中量子霍尔效应（QHE）的发现使拓扑在凝聚态物理中发挥了核心作用。尽管几十年前提出将QHE推广到三维（3D）电子系统的可能性，但尚未通过实验证明。在这里，该研究全球首次在ZrTe5晶体中实现三维量子霍尔效应（3D QHE）。

温度依赖性的运输性能

研究人员在磁场下对块状ZrTe5晶体进行低温电传输测量，并在相对较低的磁场下实现极限量子极限，其中仅占用最低的Landau水平。在这种情况下，研究人员观察到接近于零的无耗散纵向电阻率，伴随着与沿场方向的费米波长的一半成比例的良好发展的霍尔电阻率平台。这种响应是3D QHE的特征，强烈暗示了在极限量子下由增强的相互作用效应驱动的费米表面不稳定性。

3D QHE和边缘状态的传输过程

通过进一步增加磁场，纵向霍尔电阻率都显著增加并且显示金属 - 绝缘体转变，其表示另一个磁场驱动的量子相变。该研究结果提供了3D QHE的实验证据，并为进一步探索3D系统中的奇异量子相和跃迁提供了有希望的平台。

参考信息：

https://www.nature.com/articles/s41586-019-1180-9

来源：Plant_ihuman iNature

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