高陈数量子反常霍尔绝缘体中的零磁场平台相变
介观与纳米尺度物理
2023-02-07 v1 材料科学
摘要
强磁场下量子霍尔效应中的平台到平台相变，是通过扫磁场或调节载流子密度实现的两种拓扑态之间著名的量子相变。近期具有可调陈数的量子反常霍尔（QAH）绝缘体的实现，为无耗散手性边缘输运引入了通道自由度，并使零磁场下两拓扑态间量子相变的研究成为可能。在此，我们利用分子束外延（MBE）合成了中间磁拓扑绝缘（TI）层具有不同 Cr 掺杂浓度的磁 TI/TI 五层异质结构。通过输运测量，我们发现了 C = 1 与 C = 2 QAH 态之间的零磁场量子相变。在调控该相变时，霍尔电阻从 h/e2 单调降至 h/2e2，同时纵向电阻在临界点呈现极大值。我们的结果表明，临界点上霍尔电阻与纵向电阻之比大于 1，说明来自 C = 1 QAH 态的原始手性边缘通道与耗散型体导电通道共存。随后，这些体导电通道似乎自组织并形成第二手性边缘通道，从而完成平台相变。我们的研究将激发对该新颖陈数变化诱导量子相变的进一步探究，并推进基于 QAH 手性边缘电流的电子与自旋电子器件的发展。
引用
@article{arxiv.2109.11382,
title = {Zero Magnetic Field Plateau Phase Transition in Higher Chern Number Quantum Anomalous Hall Insulators},
author = {Yi-Fan Zhao and Ruoxi Zhang and Ling-Jie Zhou and Ruobing Mei and Zi-Jie Yan and Moses H. W. Chan and Chao-Xing Liu and Cui-Zu Chang},
journal= {arXiv preprint arXiv:2109.11382},
year = {2023}
}
备注
19 pages, 4 figures, Comments are welcome