Nature:量子霍尔铁磁体新发现!
未名 纳米人 2019-02-09

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第一作者:Mallika T. Randeria

通讯作者:Ali Yazdani

通讯单位:普林斯顿大学


研究亮点:

直接观测到量子霍尔谷系统中相互作用的多通道拓扑边界态。


量子霍尔铁磁体(QHFMs)是一类二维电子相,其具有自发破缺的自旋或赝自旋对称性,且其波函数具有拓扑性质。对称性和拓扑学是理解QHFMs的核心。


研究人员预测,两个对称性破缺的不同QHFM相之间的畴壁存在无隙一维态——即,在此类界面处由于潜在电子波函数的拓扑变化而新出现的量子通道。


虽然在不同材料中已经鉴别出各类QHFMs,其畴壁处相互作用的电子态并未探测。

 

有鉴于此,普林斯顿大学Ali Yazdani等人采用扫描隧道显微镜,直接观察了Bi表面具有不同谷极化(即,在电子结构中占据能量相同但量子力学上具有差异性的能谷)的QHFM相之间畴壁处边界态的自发形成。


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(相互作用的多通道边界态)


光谱学表明,这些电子态出现在拓扑能隙内,随着谷极化转变穿越畴壁而闭合/开放。通过改变能谷的特点和畴壁处电子态的数目,作者采用了不同的方案,使得谷极化通道为金属性,或者具有光学带隙。


这种行为是库仑相互作用受能谷特点影响的结果,后者决定拓扑态电子能否背散射,从而使这些通道成为一类独特的相互作用的一维量子线。


总之,QHFM畴壁能在不同类别的二维材料中实现,为探索这些量子线中丰富的相互作用相区域提供了机会。


Randeria M T, Agarwal K, Feldman B E, et al. Interacting multi-channel topological boundary modes in a quantum Hall valley system.Nature, 2019.

DOI: 10.1038/s41586-019-0913-0

https://www.nature.com/articles/s41586-019-0913-0#article-info

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