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記者從中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)獲悉，該校合肥微尺度物質(zhì)科學(xué)國家研究中心喬振華教授研究組，基于單層過渡金屬氧化物發(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)表在物理類國際學(xué)術(shù)期刊《物理評論快報》上，并被選為當(dāng)期封面。

量子霍爾效應(yīng)是一種在外加強磁場下由于朗道能級量子化導(dǎo)致的無耗散的量子輸運特性。然而，外加強磁場這一需求極大地限制了該效應(yīng)的實際應(yīng)用前景。近幾十年來，探索無磁場的量子霍爾效應(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，并在理論和實驗上都取得了很大進展。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（基于磁性拓撲絕緣體薄膜等）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)過系統(tǒng)研究發(fā)現(xiàn)，通過外加一個弱磁場調(diào)控單層過渡金屬氧化物材料的磁化方向，便可實現(xiàn)不同陳數(shù)的量子反常霍爾效應(yīng)。在費米能級處，這兩種材料都具有6個自旋極化的狄拉克點。在引入自旋—軌道耦合作用之后，每個狄拉克點貢獻半個量子化的霍爾電導(dǎo)，但方向各異。當(dāng)磁化方向處于面內(nèi)且破壞垂直鏡面對稱性時，其中4個狄拉克點擁有相同的貝里曲率，而剩下2個狄拉克點處貝里曲率相反；此時，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，6個狄拉克點貢獻同向的貝里曲率。此時，體系具有陳數(shù)為3的量子反常霍爾效應(yīng)。

該項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，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。（記者吳長鋒）