激光网3月27日消息，拓扑绝缘体是可以导电的材料，但只能在其表面或边缘导电。它们内部没有电流流动。它们是全球深入研究的主题，因为它们具有独特的电子特性，例如，对于提高量子计算机的效率以及其他技术很有意义。
在《高级科学》杂志上，来自朱利叶斯-马克西米利安-维尔茨堡大学拓扑绝缘体研究所和理论物理与天文学研究所的研究人员现在提出了一种不寻常的量子霍尔效应，该效应是在由拓扑绝缘体材料碲化汞制成的微观器件上观察到的。
在碲化汞装置中，顶部和底部表面的电子表现为相对论性狄拉克粒子。正如预测的那样，但尚未通过粒子物理学的实验验证，狄拉克粒子应该受到所谓的奇偶性异常的影响。在固态实验中，奇偶校验异常会导致一种称为光谱不对称的效应，这种效应可以被测量为电阻的异常变化。
“自1980年代以来，人们一直预测这种奇偶性异常将发生在固态材料中。一个著名的理论建议是霍尔丹提出的模型。我们已经确定了奇偶校验异常的另一个后果，这是第一个经过实验验证的结果，“Ewelina Hankiewicz教授说。
JMU的物理学家在三维拓扑绝缘体的单个表面上实现了这种二维狄拉克物理学。
“我们观察到一种非常规的重入量子霍尔效应，它可能与单个拓扑表面状态下光谱不对称的发生直接相关。这种效应对于任何拓扑绝缘体都是通用的，而不仅仅是碲化汞。结果的普遍性使它如此令人兴奋，“Wouter Beugeling博士说。
对于这些新发现，必须克服两个挑战。首先，必须在测量电阻的其他特征中识别光谱不对称的特征。其次，必须以这样一种方式控制设备，即来自两个表面的效果不会相互抵消。
“这一观察表明，凭借我们对该设备的高水平控制，我们可以探索拓扑绝缘体物理学中比以前更有趣的方面，”Laurens Molenkamp教授说。
实现这一观测所需的实验精度的一个关键因素是HgTe材料的高质量，该材料是在维尔茨堡物理研究所的分子束外延设施中生产的。分子束外延是一种用于生产具有定制电子、光学和磁性特性的晶圆薄层材料的技术。使用MBE，可以逐层精确地构建层结构。
