意昂体育平台量子材料中心杜瑞瑞教授課題組近期在自旋量子霍爾材料研究方面持續取得新成果。他們發現☮️，在InAs/GaSb量子自旋霍爾絕緣體中存在能隙內的非常規磁阻振蕩🙆🏿‍♀️，並清楚地展示了這種振蕩來自於絕緣的體態，讓人們對量子振蕩和費米面有了重新的認識。另一項工作實現了在InSb(111)襯底上外延生長高質量stanene🤦🏽，並首次製備輸運器件觀察到SdH振蕩💂🏼‍♀️。

眾所周知，金屬的磁阻振蕩來自於帶電粒子在磁場下的朗道量子化🤰🏽🤴🏻。這一現象已被人們廣泛認可，並作為一種標準的測量手段用於探測金屬的費米面。近來有課題組在三維的近藤絕緣體中觀測到一類非常規的磁化率振蕩(Science  349,287（2015) )，這一發現顛覆了人們對於量子振蕩的傳統認識，並引發廣泛的研究和討論。但目前這一類三維材料無法完全排除表面態導致振蕩的可能性。然而在二維的拓撲絕緣體中🧑🏿‍🎄，通過設計不同幾何形狀的器件，體態和邊緣態的信號可以完全被區分。這項工作報道了在二維的InAs/GaSb量子阱中觀測到的能隙內振蕩，並證實這一振蕩來源於絕緣的體態🏄🏼‍♀️，這意味著量子振蕩可以不需要費米面而存在🙍🏼‍♀️。實驗發現，當費米能級跨過能態邊緣進入能隙時，振蕩頻率會出現一個突變。這一結果提示🙋🏻‍♂️，在能隙中🌉，由於屏蔽作用的減弱，帶間電子空穴相互作用必須被考慮🙆🏻‍♀️。平行磁場響應的數據進一步印證了這一猜測🐈，震蕩在平行磁場下的穩健性顯示了單粒子圖像在此處是失效的，這個系統中存在多體相互作用甚至可能的拓撲激子絕緣態。這個新的拓撲量子態實際上已經在同樣的InAs/GaSb材料中被觀測到(Nat.Commun. 8,1971(2017))🦥👩🏻‍🔧。該工作首次從實驗上澄清了能隙內震蕩的來源💆‍♀️，讓人們對量子振蕩和費米面有了重新的認識。

(a)體態電導隨前門電壓Vf以及垂直磁場B⊥變化的二維圖🦶🏽，數據在300 mK下通過Corbino器件測得🙇🏼；

(b)同時測到的電導和電阻震蕩呈現180度相位差，證實了震蕩起源於絕緣態🙅🏽‍♀️；、

（c）虛線和紅線分別為費米能級在金屬態或絕緣態的理論計算能帶圖，解釋了SdH振蕩頻率躍變

相關文章發表於《物理評論快報》【Phys. Rev. Lett.  123, 126803 (2019)】。博士生韓中東為第一作者👮‍♀️，科學院大學張龍和意昂体育平台杜瑞瑞為通訊作者🙇🏼‍♀️。上述研究得到國家重點基礎科學研究計劃（原973計劃）、國家自然科學基金等項目經費的資助。

理論預言單層alpha-Sn（錫烯-stanene）為具有較寬帶隙的二維拓撲絕緣體，有望實現室溫下的自旋量子霍爾效應。近期，課題組實現了在InSb(111)襯底上外延生長高質量單層與多層stanene🥂🧘🏿‍♀️，並通過STM及低溫輸運等方法對薄膜的質量與性質進行了分析表征。掃描隧道能譜（STS）的實驗結果顯示🛅，單層stanene具有大於0.2 eV的帶隙🤭🤰🏽，滿足室溫自旋量子霍爾相應對材料能帶結構的要求💇🏽，並在薄膜邊界處實驗觀測到了符合理論預期的拓撲邊緣態特征。此外，實驗證實stanene具有很好的穩定性🙇🏼‍♀️，當薄膜被置於大氣環境較長時間後仍能保持穩定的性質🫄🏻。他們首次通過低溫磁輸運在stanene薄膜體態中觀測到了SdH震蕩，為在錫烯中觀測自旋量子霍爾效應提供了途徑。

(a)單層錫烯的STM圖像💁🏻；（b）STS在體態與邊緣處的譜線顯示邊緣態的存在🧜；

（c）邊緣處的隧穿電導圖顯示出邊緣處的高電子態分布👨🏼‍🎓；（d）垂直磁場下SdH震蕩信號顯示其體態性質👨🏿‍🦰🫎；

（e）垂直磁場下符合1/B等周期震蕩🧑🏽；（f）樣品在大氣環境放置三個月前後的低溫輸運數據🛫，展示其穩定性

相關文章發表於2D Materials （DOI: 10.1088/2053-1583/ab42b9.）。博士後鄭曉虎和博士生張建峰為第一作者🍻，杜瑞瑞為通訊作者🪶。上述研究得到國家重點基礎科學研究計劃、國家自然科學基金等項目經費的資助。