石墨烯中螺旋量子霍尔相的无序与量子输运

最近，在高介电常数衬底上的单层石墨烯中，于中等磁场下观测到了一种具有自旋过滤螺旋边缘模的奇异量子霍尔铁磁体，可承受高达 110 开尔文的温度 [L. Veyrat et al., Science 367, 781 (2020)]。然而，由这些边缘模介导的特征量化纵向电阻随温度降低而偏离量子化。在这项工作中，我们利用 Landauer-Buttiker 输运形式研究石墨烯纳米带在垂直磁场下螺旋边缘模的输运性质。我们发现纵向电导量子化的偏离是由 Rashba 自旋轨道耦合打开的螺旋边缘能隙引起的。量子化可通过低温下的弱非磁性 Anderson 无序恢复，这增大了局域化长度，或通过弱无序下升高温度经由热展宽恢复。所得电导非常接近量子化值 2e2/h，这与实验结果在定性上一致。此外，我们提出石墨烯中的螺旋量子霍尔相可能通过引入超导性成为产生 Majorana 零模的有前景的平台。