近日,我國在量子科學研究中取得重大突破,在磁性摻雜的拓撲絕緣體薄膜中,首次觀測到量子反?;魻栃?。該成果被視為世界基礎研究領域的一項重要科學發現。
作為微觀電子量子行為的宏觀體現,量子霍爾效應一直在凝聚態物理研究中占據極其重要的地位,并可能在未來用于制備低能耗的高速電子器件。然而,量子霍爾效應的產生需要施加強磁場,因此,造價昂貴、體積龐大等因素限制了其走向實際應用。量子反?;魻栃鳛橐环N全新的量子效應,可使電子在不施加強磁場的情況下,按照固定軌跡運動,減少無規則碰撞導致的發熱和能量損耗,能夠用于發展新一代的低能耗晶體管和電子學器件。由于量子反?;魻栃c量子霍爾效應具有完全不同的物理本質,其實現也更加困難,需要精準的材料設計、制備與調控。因此,在理論和實驗上實現量子反?;魻栃蔀槟蹜B物理研究的一個重大挑戰。
在量子調控研究國家重大科學研究計劃的支持下,我國研究人員在理論與材料設計上獲得突破,提出磁性離子摻雜的拓撲絕緣體薄膜是實現量子反?;魻栃淖罴洋w系。同時,克服了薄膜生長、磁性摻雜、低溫輸運測量等難題,生長出高質量的摻雜拓撲絕緣體磁性薄膜,并在極低溫輸運測量裝置上成功觀測到了量子反?;魻栃A孔臃闯;魻栃膶嶒灠l現,被認為有可能是量子霍爾效應家族的最后一個重要成員。研究成果將推動未來無能耗電子學的發展,有望加速推進信息技術革命的進程。
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