量子中间谢心澄教授及合作者在反常量子霍尔效应研究方面取得紧张进展

最近，北京大学物理学院量子材料科学中间谢心澄教授与中间访问学者苏州大学陈垂针教授、北京师范大学刘海文研究员合作，在反常量子霍尔效应的研究方面取得紧张进展。他们发现，因为实验中系统的结构反演对称性通常是被破坏的，这将导致系统的霍尔电导平台变化过程中出现临界区间。标度分析注解这个相变属于BKT相变这一新普适类。这一研究成果在线发表于1月15日的《物理学评论快报》【Phys. Rev. Lett.122, 026601(2019)】 。

量子反常霍尔绝缘体是一种新的量子物质态，具有紧张的基础研究和潜在应用价值。量子化霍尔电导平台变化作为描述量子霍尔效应的拓扑性子的紧张特性，同时也是一类紧张的通过实验可观测的量子相变。前人的理论认为，量子反常霍尔效应和传统量子霍尔效应的量子化霍尔电导平台的变化属于统一普适类。但最近的实验发现，量子反常霍尔效应的临界指数以及霍尔电导的温度依靠关系和量子霍尔效应的电导平台变化的普适值以及举动不同。与量子霍尔绝缘体不同的是，量子反常霍尔绝缘体中存在一个具有随机磁畴的零霍尔电导平台。因此，研究无序下随机磁畴对零霍尔电导平台的影响对量子反常霍尔绝缘体的理解至关紧张。

(a)磁性拓扑绝缘体关于无序强度W和磁化强度〈Mz(r)〉/ Ms的相图。在结构反演对称性存在或被破坏的情况下，系统的自旋陈绝缘体(Spin CI)、陈绝缘体(CI)和通俗绝缘体三个相分别被临界点（虚线）或临界区间分隔。(b)霍尔电导𝞂xy及局域化长度𝞚与磁化强度的关系

研究团队行使正确的数值模仿研究了磁性拓扑绝缘体薄膜中磁畴的影响，发现结构反演对称性决定量子反常霍尔效应的电导平台变化举动。当系统存在结构反演对称性时，系统可分解为两个子体系，他们分别拓扑等价两个陈数相反的陈绝缘体。因而，系统体现出传统量子霍尔效应的单临界点临界举动。相反地，在目前实验中系统的结构反演对称性通常是被破坏的，这时两个子体系会相互耦合导致系统出现临界线(区间)的新临界举动。标度分析注解，在结构反演对称性被破坏的情况下系统相变属于被称为BKT相变的新的普适类。这些预言可在未来的输运实验中被验证。

这项研究得到国家天然科学基金、国家重点基础研究发展规划(973计划)、中国科学院大学先导项目基金和香港裘槎基金会等相干项目资助。

编辑：麦洛