Gennemgang af den kvanteafvigende Hall -effekt

Et samarbejde på tværs af tre FLEET -noder har gennemgået de grundlæggende teorier, der ligger til grund for den kvanteafvigende Hall -effekt (QAHE).

QAHE er en af ​​de mest fascinerende og vigtige nylige opdagelser inden for kondenseret fysik.

Det er nøglen til de nye kvantematerialers funktion, som tilbyder potentiale for ultra-lavenergi elektronik.

QAHE forårsager strømmen af ​​nul-modstand elektrisk strøm langs kanterne af et materiale.

QAHE i topologiske materialer:nøglen til lavenergi-elektronik

Topologiske isolatorer, anerkendt af Nobelprisen i fysik i 2016, er baseret på en kvanteeffekt kendt som den kvante -anomale Hall -effekt (QAHE).

"Topologiske isolatorer leder kun elektricitet langs deres kanter, hvor envejskantbaner leder elektroner uden spredning, der forårsager spredning og varme i konventionelle materialer, "forklarer hovedforfatter Muhammad Nadeem.

QAHE blev første gang foreslået af 2016-Nobelmodtager Prof Duncan Haldane (Manchester) i 1980'erne, men det viste sig efterfølgende at være udfordrende at realisere QAHE i rigtige materialer. Magnetisk dopede topologiske isolatorer og spin-gapless halvledere er de to bedste kandidater til QAHE.

Quantum Hall-effekten (QHE) er en kvantemekanisk version af Hall-effekten, hvor en lille spændingsforskel skabes vinkelret på en strøm gennem et påført magnetfelt.

Quantum Hall-effekten observeres i 2-D-systemer ved lave temperaturer inden for meget stærke magnetfelter, hvor Hall -modstanden undergår kvanteovergange - dvs. det varierer i diskrete trin frem for problemfrit.

QAHE beskriver en uventet kvantisering af den tværgående Hall -modstand, ledsaget af et betydeligt fald i langsgående modstand.

QAHE omtales som unormal, fordi den forekommer i fravær af et påført magnetfelt, med drivkraften i stedet tilvejebragt af enten en spin-kredsløbskobling eller iboende magnetisering.

Forskere søger at forbedre disse to drivende faktorer for at styrke QAHE, giver mulighed for topologisk elektronik, der ville være levedygtig til drift ved stuetemperatur.

Det er et område af stor interesse for teknologer, "forklarer Xiaolin Wang." De er interesserede i at bruge denne betydelige reduktion i modstand til væsentligt at reducere strømforbruget i elektroniske enheder. "

"Vi håber, at denne undersøgelse vil belyse de grundlæggende teoretiske perspektiver for kvanteafvigelige Hall -materialer, "siger medforfatter Prof Michael Fuhrer (Monash University), der er direktør for FLEET.

Studiet

Det samarbejde, teoretisk undersøgelse koncentrerer sig om disse to mekanismer:

Fire modeller blev gennemgået, der kunne forstærke disse to effekter, og dermed forbedre QAHE, gør det muligt for topologiske isolatorer og centrifugering af fuldpolariserede materialer med nulrum (spin-halvløse ledere) at fungere ved højere temperaturer.

"Blandt de forskellige kandidatmaterialer til QAHE, spin-gapless halvledere kan være af potentiel interesse for fremtidige topologiske elektronik/spintronics applikationer, "forklarer Muhammad Nadeem.

Quantum Anomalous Hall Effect in Magnetic Doped Topological Isolators and Ferromagnetic Spin-Gapless Semiconductors — A Perspective Review blev offentliggjort i tidsskriftet Lille i september 2020.