研究人員在康奈爾和康奈爾兩維物質之間發現了一個奇異的絕緣體。
透過這樣做，他們實現了一個難以捉摸的模型，這個模型是十多年前首次提出的，但科學家們一直未能證明，因為似乎不存在合適的材料。現在研究人員已經建立了正確的平臺，他們的突破可能會導致量子器件的進步。
該小組的論文“來自相互纏繞的莫爾帶的量子反常霍爾效應”，發表於12月22日自然共同的主要作者是前博士後研究員李婷欣和姜勝偉，博士生沈博文和麻省理工學院研究員楊張。
該專案是文理學院物理系副教授麥金輝和工程學院應用與工程物理教授單傑（音譯）共享實驗室的最新發現。兩位研究人員都是康奈爾大學卡夫利奈米科學研究所的成員；他們是透過教務長的奈米科學和微系統工程（NEXT Nano）計劃來到康奈爾大學的。
他們的實驗室專門研究二維量子材料的電子特性，通常是透過堆疊超薄的半導體單分子膜，使它們稍微不匹配的重疊產生莫爾晶格圖案。在那裡，電子可以沉積並相互作用，從而表現出一系列的量子行為。
在這個新專案中，研究人員將二碲化鉬（MoTe）配對2)含二硒化鎢（WSe2)，將它們以180度的角度扭轉，這就是所謂的AB堆疊。
在施加電壓後，他們觀察到了一種稱為量子反常霍爾效應的現象。這源於一種稱為霍爾效應（Hall effect）的現象，這種現象最早在19世紀末被觀察到，在這種現象中，電流流過一個樣品，然後被以垂直角度施加的磁場彎曲。
1980年發現的量子霍爾效應是一種超大型的量子霍爾效應，在這種效應中，施加了一個更大的磁場，從而引發了更奇怪的現象：大塊樣品的內部變成了絕緣體，而電流則沿著外邊緣單向移動，電阻量子化為宇宙中基本常數定義的值，而不考慮材料的細節。
量子反常霍爾絕緣體於2013年首次被發現，達到了同樣的效果，但沒有任何磁場的干預，電子沿著邊緣加速，就像在高速公路上一樣，沒有耗散能量，有點像超導體。
馬克說：“很長一段時間以來，人們認為量子霍爾效應需要磁場，但實際上並不需要磁場。”。“那麼，磁場的作用是什麼來代替的呢？事實證明是的磁性你必須使材料具有磁性。"
微粒2/WSe公司2stack現在加入了為數不多的幾種已知的量子反常霍爾絕緣體的行列。但這僅僅是其吸引力的一半。
研究人員發現，只要調整電壓，他們就可以半導體堆積成二維拓撲絕緣體，這是量子反常霍爾絕緣體的近親，只是它存在重複。在一個“副本”中，電子高速公路沿邊緣順時針方向流動，而在另一個“副本”中，則是逆時針方向流動。
物質的這兩種狀態以前從未在同一體系中得到證明。
在與麻省理工學院合作者梁福（音譯）領導的合作者進行磋商後，康奈爾大學的研究小組得知，他們的實驗實現了2005年賓夕法尼亞大學物理教授查爾斯·凱恩（Charles Kane）和尤金·梅勒（Eugene Mele）首次提出的石墨烯玩具模型。Kane-Mele模型是第一個二維拓撲絕緣體的理論模型。
“這對我們來說是個驚喜，”麥說。“我們剛剛製造了這種材料並進行了測量。我們看到了量子反常霍爾效應和二維拓撲絕緣體，然後說‘哦，哇，太棒了。’然後我們和麻省理工學院的理論朋友梁福談了談。他們進行了計算，發現這種材料實際上實現了一種長期以來人們所追求的凝聚態物質模型。我們從未進行過實驗我是說這個。"
像石墨烯雲紋材料2/WSe公司2他們在一系列量子態之間進行轉換，包括從金屬到Mott絕緣體的轉變，這是研究小組報告的一個發現自然九月。
現在，馬克和山的實驗室正在研究這種材料的全部潛力，方法是將它與超導體耦合，並用它來建造量子反常霍爾干涉儀，而這兩種方法又可以產生量子反常霍爾干涉儀量子位元，量子計算的基本元素。馬克也希望他們能找到一種方法來顯著提高量子反常霍爾效應發生時的溫度，這個溫度大約為2開爾文，從而產生高溫無耗散導體。
合著者包括博士生李立中、醉濤；以及麻省理工學院和日本筑波國立材料科學研究所的研究人員。
