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mnbi2nte3n+1中量子反常霍尔效应的测量

MnBi2nTe3n+1中量子反常霍尔效应的测量

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作者：苏子康中国科学院大学(中国科学院物理研究所)

学位级别：硕士

拓扑绝缘体是凝聚态物理近些年来倍受瞩目的研究方向之一,可以在该体系中实现如量子自旋霍尔效应等新奇的量子现象。并且这一体系在未来拓扑量子计算等领域有着广阔的应用前景。随着拓扑绝缘体领域的飞速发展,人们想到了将拓扑绝缘体与... 详细信息

拓扑绝缘体是凝聚态物理近些年来倍受瞩目的研究方向之一,可以在该体系中实现如量子自旋霍尔效应等新奇的量子现象。并且这一体系在未来拓扑量子计算等领域有着广阔的应用前景。随着拓扑绝缘体领域的飞速发展,人们想到了将拓扑绝缘体与磁性相结合,可以打破体系的时间反演对称性,实现量子反常霍尔效应等现象。量子反常霍尔效应能够实现零场下宏观尺寸(毫米级)的无耗散导电通道,可以解决由于电子器件发热所引起的芯片功能受限等一系列问题,有助于解决如今传统计算机摩尔定律的瓶颈。第一个在实验上实现的磁性拓扑绝缘体是Cr掺杂的(Bi,Sb)te薄膜材料,实现了30 m K下的量子反常霍尔效应。但是由于掺杂导致材料中出现了掺杂不均匀与弱耦合作用等缺点,使得能够观测到量子反常霍尔效应的温度通常在100m K以下。因此人们需要一种本征磁性拓扑绝缘体,以回避由于磁性掺杂所引起的缺点。在本文的工作中,我们通过解离Mn Bite与Mn Bite的块材样品得到材料的纳米薄膜,通过微纳加工等手段将其制备成可以在低温下表征其电输运性质的器件。通过调节栅压使单层Mn Bite薄膜的费米能级处于能隙中时,可以观测到高场下的量子反常霍尔效应,并通过非局域输运测量来确定其中无耗散手性边缘态的存在,并分析了其由低场下安德森绝缘体到高场量子反常霍尔绝缘体的量子相变行为。在测量中同时观测到了由于非磁性杂质引起的普适电导涨落。本文认为在单层Mn Bite薄膜观测到了由于杂质导致的拓扑安德森量子反常霍尔效应,是一种产生量子反常霍尔效应的新机制。同时还给出了一些简单的Mn Bite的输运结果证实其相较于Mn Bite体系不适合作为研究量子反常霍尔效应的平台。这一系列研究结果加深了人们对于量子反常霍尔效应机理的认知,并且为后续进一步在Mn Bite体系中实现高温低场下的量子反常霍尔效应起推动作用。

关键词：磁性拓扑绝缘体量子反常霍尔效应 mnbi4te7 mnbi8te13

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