石墨烯与硅烯中的量子反常霍尔效应研究获理论新突破

　　近日，中国科学技术大学教授乔振华研究组与校内外同行合作在预言石墨烯和硅烯中的量子反常霍尔效应方面取得新突破，研究成果发表在3月14日和21日的《物理评论快报》上。

　　通过与校内外同行合作，乔振华提出一种新的实验方案来实现量子反常霍尔效应：将石墨烯置于反铁磁绝缘体材料铁铋酸的铁磁面上，由于石墨烯与磁性原子间的近邻效应，石墨烯可以同时诱导出较强的外禀Rashba自旋轨道耦合作用以及更强的局域交换场，从而打开一个约为11.5K的量子反常霍尔效应体能隙。此外，通过外加垂直应力来调节石墨烯与磁性衬底的间距，可以增强近邻效应从而使得其实验可实现温度达到40K以上。

　　作为石墨烯的姊妹材料，硅烯因其内禀自旋轨道耦合作用和内禀Rashba自旋轨道耦合作用比石墨烯大很多，被认为是一种理想的材料来实现量子自旋霍尔效应。乔振华合作研究发现，单独的内禀或者外禀的Rashba自旋轨道耦合作用导致的量子反常霍尔效应在动量空间的不同谷点具有相同的贡献;但是，当内禀与外禀Rashba自旋轨道耦合作用同时存在时，其联合作用制造出一种新的谷极化的量子反常霍尔效应，即量子反常霍尔效应在不同谷点具有不同的贡献，从而使得该电子态同时具有量子反常霍尔效应和量子谷霍尔效应的特性。该项研究为将来设计低能耗的谷电子学元器件提供了坚实的理论依据。

　　该系列工作得到中国科学院“百人计划”、国家自然科学基金委等资助。