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科学研究

 

张昌文教授课题组在室温量子反常霍尔效应薄膜设计中取得新进展

2017年09月25日 00:00 朱思齐 点击:[]

近年来,拓扑相和拓扑性质成为物理和材料领域众多科学家的研究热点,并在2016年获得诺贝尔物理学奖。量子反常霍尔模型首先是由Haldane在二维六角晶格中提出来,通过自旋轨道耦合和铁磁序实现其本征的拓扑态。实验中,在极低温度下已经发现(Bi, Sb)2Te3掺杂Cr和V薄膜实现了量子反常霍尔效应(QAH)。因此,目前的研究重点是寻找在室温下可以实现量子反常霍尔效应的新型材料。

课题组基于密度泛函理论和紧束缚模型方法,成功预测了一种新的六角蜂窝状薄膜结构Nb2O3。通过计算陈数、量子霍尔电导,以及在自旋轨道耦合作用下的手性边缘态,我们证明了二维Nb2O3晶格具有室温下的本征的量子反常霍尔相,其拓扑带隙达到75meV;而且其铁磁居里转变温度TC = 392 K。进一步的声子谱和分子动力学研究表明,Nb2O3晶格具有良好的热和动力学稳定性,易于在实验中实现。我们的研究结果对促进量子反常霍尔相的实验设计及其在自旋电子学器件的实际应用具有重要价值。

此项工作是在国家自然科学基金重点项目(11434006)等资助下,由我校张昌文教授科研团队(第一作者张守娟同学)与山东大学颜世申教授科研团队共同合作完成的。该成果于2017年11月9日以“Intrinsic Dirac half-metal and quantum anomalous Hall phase in a hexagonal metal-oxide lattice”为题在国际物理领域著名期刊Phys. Rev. B上发表。

论文链接:https://link.aps.org/doi/10.1103/PhysRevB.96.205433

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