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記者從中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)獲悉，該校合肥微尺度物質(zhì)科學(xué)國(guó)家研究中心喬振華教授研究組，基于單層過(guò)渡金屬氧化物發(fā)現(xiàn)了理論上陳數(shù)可調(diào)的量子反常霍爾效應(yīng)。該成果日前發(fā)表在物理類國(guó)際學(xué)術(shù)期刊《物理評(píng)論快報(bào)》上，并被選為當(dāng)期封面。

量子霍爾效應(yīng)是一種在外加強(qiáng)磁場(chǎng)下由于朗道能級(jí)量子化導(dǎo)致的無(wú)耗散的量子輸運(yùn)特性。然而，外加強(qiáng)磁場(chǎng)這一需求極大地限制了該效應(yīng)的實(shí)際應(yīng)用前景。近幾十年來(lái)，探索無(wú)磁場(chǎng)的量子霍爾效應(yīng)，即量子反常霍爾效應(yīng)，吸引了眾多物理學(xué)家的關(guān)注，并在理論和實(shí)驗(yàn)上都取得了很大進(jìn)展。目前，已經(jīng)提出或?qū)崿F(xiàn)的量子反常霍爾效應(yīng)集中在陳數(shù)為1（基于磁性拓?fù)浣^緣體薄膜等）或者2（基于單層石墨烯等）的小陳數(shù)體系，而陳數(shù)的大小直接對(duì)應(yīng)量子通道的多少，低陳數(shù)的現(xiàn)狀也顯著影響了量子反常霍爾器件的工作效率。

研究組經(jīng)過(guò)系統(tǒng)研究發(fā)現(xiàn)，通過(guò)外加一個(gè)弱磁場(chǎng)調(diào)控單層過(guò)渡金屬氧化物材料的磁化方向，便可實(shí)現(xiàn)不同陳數(shù)的量子反常霍爾效應(yīng)。在費(fèi)米能級(jí)處，這兩種材料都具有6個(gè)自旋極化的狄拉克點(diǎn)。在引入自旋—軌道耦合作用之后，每個(gè)狄拉克點(diǎn)貢獻(xiàn)半個(gè)量子化的霍爾電導(dǎo)，但方向各異。當(dāng)磁化方向處于面內(nèi)且破壞垂直鏡面對(duì)稱性時(shí)，其中4個(gè)狄拉克點(diǎn)擁有相同的貝里曲率，而剩下2個(gè)狄拉克點(diǎn)處貝里曲率相反；此時(shí)，體系具有陳數(shù)為1的量子反常霍爾效應(yīng)。而當(dāng)磁化方向偏離體系平面時(shí)，6個(gè)狄拉克點(diǎn)貢獻(xiàn)同向的貝里曲率。此時(shí)，體系具有陳數(shù)為3的量子反常霍爾效應(yīng)。

該項(xiàng)研究成果不僅提供了一種新型的研究量子反常霍爾效應(yīng)的材料平臺(tái)，更重要的是揭示了存在陳數(shù)可調(diào)的量子反常霍爾效應(yīng)及其物理成因。（記者吳長(zhǎng)鋒）