SHMFF用户高场下首次观测到黑磷中的量子霍尔效应
时间 : 2016-05-24     

SHMFF用户复旦大学张远波教授课题组和中国科技大学陈仙辉教授课题组合作首次观测黑磷中的量子霍尔效应,为进一步研究黑磷中的量子输运奠定了基础。相关研究成果发表在Nature Nanotechnology (advance online publication, doi:10.1038/nnano.2016.42.)上。此工作部分的数据采集在中科院强磁场科学中心稳态强磁场实验装置(SHMFF)的水冷磁体上完成。

新材料的发展极大地促进了凝聚态物理的研究进展。最近,黑磷成为了二维电子气领域的新成员。在这篇工作中,研究人员首次观测到了高质量黑磷二维电子气中的量子霍尔效应。利用聚合物转移的方法,将石墨,氮化硼和黑磷的薄层依次叠加在衬底上形成异质结结构(图1 a)。这一结构利用了石墨的导体性质,静电屏蔽了来自于衬底和界面上电荷杂质的散射作用,使得黑磷二维电子气的迁移率达到了6000 cm2 V-1 s-1。在这样的高质量样品中,首次观察到了黑磷中的量子霍尔效应(图1b)。 在此基础上,进一步研究了黑磷中电子自旋劈裂能隙随温度以及磁场的变化。课题组发现黑磷中电子自旋劈裂能量与朗道能级间隙相当。这一特点与黑磷本身的各向异性相结合,为进一步研究黑磷中的分数量子霍尔效应奠定了基础。

 

图1黑磷晶体管结构图以及其在稳态强磁场中表现出的量子霍尔效应

(稳态强磁场提供)