制造诱发量子异常霍尔效应的微型磁铁

图片来源：筑波大学

已经制造出一种可以证明量子异常霍尔效应的新器件，其中微小的离散电压阶跃由外部磁场产生。这项工作可能使极低功耗的电子产品以及未来的量子计算机成为可能。

如果采用电流贯穿其中的普通导线，则可以通过施加外部磁场来创建垂直于电流的新电压。这种所谓的霍尔效应已被用作简单磁性传感器的一部分，但灵敏度可能很低。

有一个相应的量子版本，称为量子异常霍尔效应，它以定义的增量或量子出现。这提高了使用量子异常霍尔效应来构建新的高导电导线甚至量子计算机的可能性。然而，导致这种现象的物理学仍然没有完全理解。

现在，由筑波大学材料科学研究所领导的一组研究人员使用了一种拓扑绝缘体材料，其中电流在界面处流动，但不通过体积，以诱导量子异常霍尔效应。

通过使用铁磁性材料铁作为器件的顶层，磁性邻近效应可以产生磁性排序，而不会引入由掺杂磁性杂质的替代方法引起的无序。“量子异常霍尔效应产生的电流可以沿着层的界面传播而不会耗散，这可能用于新型节能设备，”黑田信二教授说。

为了制造该器件，使用分子束外延在模板上生长了由碲化锡顶部的铁层组成的单晶异质结构薄膜。研究人员使用中子测量了表面的磁化，中子具有磁矩但没有电荷。

他们发现，铁磁目从与铁的界面渗透到碲化锡层中约两纳米，甚至可以在室温下存在。“我们的研究为实现下一代自旋电子学和量子计算设备的方法指明了方向，”Kuroda教授说。

这些应用可能需要表现出量子异常霍尔效应的层，这项研究表明这是可能的，并且可以很容易地产生。

该研究发表在《物理化学快报》上。

更多信息：Ryota Akiyama等，通过偏振中子反射法直接探测SnTe / Fe异质结构界面处的铁磁接近效应，物理化学快报（2022）。DOI： 10.1021/acs.jpclett.2c01478

期刊信息：物理化学快报杂志