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2024-03-21 生活常识 关注公众号
康奈尔大学的单杰教授和麦健辉教授成功在《Nature》杂志上发布了最新研究论文,探讨了二维材料中的一种新兴效应——量子自旋霍尔绝缘体,发现并验证了一种特殊的量子化电导特性。这一成果展示了两位科学家在科学研究中的深厚知识储备和卓越能力,并有望推动这一领域的进一步发展。

科研人员最美的爱情之一,莫过于一起做实验,携手发顶刊。

一对华人物理学家夫妻:康奈尔大学的单杰教授和麦健辉教授,就是令人艳羡的“超强科研夫妻档”。他们直言:“这是做研究的最好方法,因为我们可以互补。通过合作,我们可以弥补彼此的弱点,互相帮助。我相信这将大大提高我们的效率和生产力,也使我们的科学更加严谨。”

目前,这两位杰出的学者均在康奈尔大学从事研究工作。他们的主要研究领域涉及探索原子级薄材料及其异质结构中的新物理现象,包括光谱学、二维量子材料及其异质结构、固体中的Berry曲率效应、二维超导和激子凝聚、磁性以及强相关物理学等方面。

2024年伊始,他们在三周之内接连发表《Nature Materials》、《Nature Physics》、《Nature Photonics》!

据小编不完全统计,近四年以来,他们总共发表了11篇nature、近40篇发表在《Nature Materials》、《Nature Nanotechnology》、《Nature Physics》和《Nature Photonics》等大子刊上的重要研究论文。

Figure 1. 科研伉俪:单杰教授(左)和麦健辉教授(右)

今日,康奈尔大学的单杰教授麦健辉教授再次携手在《Nature》上以题为“Evidence of the fractional quantum spin Hall effect in moiré MoTe

2”发表了二维材料领域的重磅研究成果。本文第一(兼通讯)是该课题组的博士后Kaifei Kang。

详细而言,量子自旋霍尔(QSH)绝缘体是一种二维电子材料,它的体带间隙与普通绝缘体相似,但具有拓扑保护的一对手性相反的边缘模式。迄今为止,实验研究只发现了整数 QSH 绝缘体,其每个边缘具有反向传播的上自旋和下自旋,导致量子化电导 G

0 = e

2/h(e 和 h 分别表示电子电荷和普朗克常数)。

鉴于此,研究人员报告了 2.1° 扭曲双层 MoTe

2 中部分 QSH 绝缘体的传输证据,它支持自旋-Sz 守恒和平坦的自旋对比切尔带。当摩尔价带的填充因子ν = 3 时,每个边缘都会产生一个具有零反常霍尔电导率的电导。这种状态可能是偶数分母 3/2 分数切尔绝缘体的时间反演对。此外,在 ν = 2、4 和 6 时,他们观察到了单QSH 绝缘体、双QSH 绝缘体和三QSH 绝缘体,每条边分别贡献了电导 G

0、2G

0 和 3G

0。该研究结果开辟了在高度可调莫尔材料中实现时间反转对称非阿贝尔任意子和其他意想不到的拓扑相的可能性。

【器件设计与表征】

研究中使用的tMoTe

2器件采用撕裂堆叠和逐层转移方法制造,包括将单层MoTe

2、单层WSe

2、六方氮化硼(hBN)和几层石墨剥离到Si/SiO

2基材(图1)。这些器件是使用标准电子束光刻和蒸发技术的组合来定义的,以创建用于电气测量所需的接触和栅极。tMoTe

2器件的电传输测量是在低温环境下使用配备超导磁体的稀释制冷机进行的。测量在恒定偏置电压下进行,以避免样品加热效应,并利用低频锁定技术精确测量样品电阻。MoTe

2莫尔条纹的扭曲角是根据高磁场下填充因子=2产生的朗道能级进行校准的。发现扭转角约为2.10

o,莫尔条纹密度约为1.26×10^

11cm

-2。在层杂化体系中,在=2、3、4和6处存在QSH绝缘体,每个边缘贡献特定的电导值。换言之,ν=2、3、4和6处的传输是边缘主导的(图1)。

图 1. Moiré MoTe

2 器件和表征

【整数和分数 QSH 绝缘子】

执行全面的两端电阻测量(图2和图3),以验证ν=2、3、4和6时的边缘通道传输,并确定每个边缘对电导的贡献。图2a显示了图2b(插图)所示的测量配置在E=0附近的R2t的填充依赖性。图2b显示了相应的两端电导,G

2t=1/R

2t。ν=1Chern绝缘体状态的量化R

2t=h/e

2或G

2t=G

0平台验证了接触电阻校准过程。与ν = 1处的陈绝缘体类似,在ν = 2、3、4和6附近观察到R

2t=h/(νe

2)或G

2t = νG

0的近量子化平台(图2)。对于小场(E<Ec),电导平台与电场无关,而两个整数填充之间的可压缩区域的电导对E敏感(图2b)。

图 2. 量化的两端传输

具体来说,对于偶数填充因子ν=2、4和6,每个边缘分别贡献电导G

0、2G

0和3G

0。这些状态与分别具有一对、两对和三对螺旋边缘模式的整数QSH绝缘体一致,每对贡献电导G

0。对于奇数填充因子ν=3,每个边缘贡献一个电导

,这只能通过电荷分级来解释;ν=3状态与分数QSH绝缘体一致。

图 3. 两端异地传输

【温度依赖性】

通过研究 QSH 态的温度依赖性来检查它们的能级。图 4a 显示了E=0附近G

2t的填充因子依赖性,测量配置与图2相同。随着温度升高,电导平台逐渐被抹掉,并且在高温下,电导随填充因子平稳增加。图4b显示了分数QSH绝缘体在不同温度下G

2t的电场依赖性。结果表明电场引起从分数QSH绝缘体到费米液体的转变。未来基于Corbino几何装置的研究可以在分数QSH绝缘体中进行批量传输,有必要定量研究量子相变。

对整数QSH绝缘体在ν = 2、4和6处的一对、两对和三对螺旋边缘态的观察,具有阶梯状相关性(图2和4),分别表明存在多个朗道能级-类似于2.1° tMoTe

2中的Chern能带。

图 4. 拓扑相变和热激发

【总结】

在tMoTe

2中观察到ν = 3处的分数QSH绝缘体留下了许多悬而未决的问题,例如状态的稳定性和性质。在高磁场下的单层TMD中观察到自旋谷极化朗道能级3/2填充处的分数量子霍尔(FQH)态;3/2-FQH状态比奇数分母4/3-和5/3-FQH状态更稳健。此外,莫尔材料中整数填充因子的绝缘状态通常比分数填充的绝缘状态更稳定。这些点可能有助于阐明ν = 3分数QSH状态的稳定性。

关于状态的性质,3/2分数陈绝缘体37至少有六种可能的候选状态:普法夫态、331态、强配对态及其粒子-空穴共轭态。在没有自旋谷混合的情况下,3/2分数陈绝缘体类似于单层TMDs48中的单组分3/2-FQH状态;可以支持非阿贝尔激励的普法夫或反普法夫态可能是稳定的基态。

未来的实验和理论研究需要充分理解这种奇异状态的本质及其与其他对称破缺相的竞争。

来源:高分子科学前沿

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"2024年生肖牛婚姻运势相当不错,且财运旺盛,财源滚滚,牛气冲天。"

热点资讯 04.20
天秤座:终极的婚姻归宿分析

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天秤座最终的婚姻归宿!他们追求和谐与平衡,注重人际关系的处理。

星座运势 04.01
尿酸过高?达标后是继续用药还是停止?专业的医学问答

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血尿酸高的患者在体检时被发现在尿酸过高,这一现象与痛风有着密切的关系。血尿酸浓度和痛风的发生风险之间存在着明显的正向关系。降尿酸成为了治疗痛风的关键。然而,仅依靠控制血尿酸水平还不够,高尿酸血症是慢性肾病、高血压、心脑血管疾病及糖尿病等疾病的独立危险因素。因此,在有相应基础疾病的情况下,对血尿酸水平应更重视并采取早期干预措施。需要注意的是,血尿酸达标并不能标志着可以停止药物治疗,而应该根据具体的情况和原因来调整治疗方案。

生活常识 09.14
进口药消失:为何患者感觉难以购买?揭秘集采的影响与解决方案

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进口原研药在国内临床的真实使用情况存在较大争议。目前来看,进口药难买,尤其是针对MPP的抗生素阿奇霉素。阿奇霉素并非完全消失,虽然国内已有多种剂型可供选择,但仍然难以满足消费者的需求。本文试图从不同的角度分析这一问题,包括政策因素、企业控制和价格等方面。

生活常识 09.14
科技助力,让梦想照进现实——新型人工智能在乡村教育中的应用与前景

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导他们走向更加广阔的天地,也为家长们的育儿观念带来了启发。家长们纷纷表示会将孩子的这种创新精神带入到日常生活中,让孩子们能够更好地认识自己,了解世界。 从以上内容来看,这次宁波财经学院的“AI数字绘画畅想课”取得了良好的反响。它不仅可以让孩子充分发挥想象力,提升创造力,还可以让家长了解到孩子的成长过程和学习成果。这是一次富有教育意义且具有时代气息的教学活动。

生活常识 09.14
坚守开远山区36年,他的坚持成就孩子们的未来!

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李永林是一位乡村教师,扎根山区36年,为家乡教育奉献力量。他深知教育的重要性,希望用知识改变贫困代际传递,解决孩子们的学习难题。他身兼数职,甚至还要自己掏钱购买学生的课本和文具。虽然已经离开讲台多年,但他仍然像初登讲台一样,热爱学习、勇于进取。如今,他的学生已走出了大山,走进了更广阔的天地。

生活常识 09.14
南昌工程学院2024级新生家长见面会盛大召开

南昌工程学院2024级新生家长见面会盛大召开

南昌工程学院校长刘祖文在学校举行“校长有约——2024级新生家长见面会”,实现“三全育人”改革并深化家校互动,增强学校和学生的沟通联系。该见面会有来自全国的800名2024级新生家长参加,南昌工程学院校长刘祖文分享了学校的概况和未来的规划,让家长了解学校的发展方向。

生活常识 09.14
九万山:黑枕王鹟的新发现和保护动态

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2024年8月底,在九万山自然保护区科研课题小组成员发现了新记录黑枕王鹟。

生活常识 09.14
江河冰源:探索冬季江源冰川 - 冰川变薄带来的生态问题和应对策略

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都没有成功。科考队只能继续等待机会。 总之,在全球变暖的趋势下,长江源区的冬克玛底冰川正在经历一场严峻的挑战。冰川的厚度正在减薄,变得更加脆弱,这将增加我国极端气候事件的发生频率。尽管如此,科学家们并没有放弃,他们将继续努力保护冰川,并为未来的气候变化研究和区域水资源管理提供科学依据。

生活常识 09.14
填补空白!特应性皮炎治疗领域首个‘中国新药’上市

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我国首个自主研发特应性皮炎生物制剂获批上市,该药以IL-4Ra为靶点,通过阻断IL-4和IL-13与IL-4Ra受体的结合,减轻炎症反应,改善症状。这是特应性皮炎治疗领域的第一个“中国新药”,将为中重度特应性皮炎患者带来更好的治疗选择。司普奇拜单抗III期临床研究在国内已完成,结果显示其疗效显著。

生活常识 09.14
专家建议:控制慢性阻塞性肺病的预防,别忽视慢阻肺被纳入基本公共卫生服务

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国家卫生健康委宣布将人均基本公共卫生服务经费补助标准提高5元,达到94元,这是为了扩大老年人、慢性病患者、农村妇女“两癌”检查等项目的覆盖面,以应对慢性阻塞性肺疾病的威胁。 官方理由是,慢阻肺病是我国常见的慢性呼吸系统疾病之一,同时也是仅次于高血压、糖尿病的第三大常见慢性病。在过去的两年中,国家基本公共卫生服务项目的资金已经增加了许多,但是仍然不能满足广大民众对于慢性疾病的预防和治疗需求。 随着政策的推进,预计未来几年内,我们可能会看到更多相关服务项目得以开展,并且与慢性病防控紧密结合,共同保护人民健康。

生活常识 09.13
警惕这些身体异味可能预示着健康问题,请重视与处理

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许多人认为体臭是因为不注意卫生导致的,但如果你家中有糖尿病患者或者胃肠道疾病患者,你可能会闻到烂苹果、酸臭、氨臭或腐败味。这些都是身体发出的不友好的异味,可能提示着身体出现了疾病。建议保持良好的生活习惯,定期体检,并避免吸烟和过量饮酒。

生活常识 09.13