《自然》：中外科学家在二维拓扑轴子反铁磁体中发现了“层霍尔效应”

日前，来自哈佛及多所国内外大学的研究人员在二维拓扑轴子反铁磁体中发现了“层霍尔效应”。

这项发表在《自然》杂志上的工作被认为是这种类型量子态的第一个实验证据，有朝一日可以帮助产生磁电效应，从而催生下一代电子设备、传感器、探测器和使用磁条的存储设备，例如信用卡。

“轴子绝缘体是一种新的量子态，具有真正令人兴奋的量子特性。” 哈佛大学化学助理教授、该报告的主要作者徐苏阳（音译）说。“长期以来，研究人员一直在寻找能够实现这种状态的材料。终于，我们找到了一个良配！”

这项由哈佛大学和美国及国外其他大学的研究人员完成的新研究侧重于称为轴子的弱相互作用粒子。理论家在 30 多年前假设，它们是暗物质的主要候选者之一，暗物质是一种被认为占宇宙约 85% 的神秘物质。研究人员创建了一个名为拓扑轴子绝缘体的实验平台，使他们能够研究轴子粒子的行为及其神秘特性。最近有人提出轴子可以实现为固态材料中的准粒子，例如量子拓扑轴子绝缘体。

研究人员设计了由碲化锰铋 (MnBi2Te4) 制成的量子器件。该材料分层形成二维晶体结构。

“我们使用先进的制造技术将材料减薄到仅几纳米，并将其制成某种量子设备。然后我们在非常低的温度下测量了电子行为，”徐说。

研究人员发现了他们创造的层霍尔效应，其中来自顶层和底层的电子在没有施加磁力的情况下自发地向相反方向缺陷。在标准霍尔效应中，是磁力引起系统中电子的运动，而在这里则是由于材料的固有拓扑结构。

研究人员认为，这一层霍尔效应表示拓扑轴子绝缘状态，并且可以通过施加电场和磁场来控制——这种力被称为轴子场。他们计划进一步研究该系统的动力学，并确定可能导致技术飞跃的磁电效应。

“我们的下一个目标是直接展示量子化磁电效应，该效应可用于实现极其稳健、精确和超快的下一代存储器，”徐说。

前瞻经济学人APP资讯组

参考资料：

https://www.eurekalert.org/news-releases/923644