单层氯化镧体系高温试验

- 2019-06-22-

  量子反常霍尔效应的实现不仅仅是展示了新的物理,更重要的是勾起了应用的较大兴趣。遗憾的是,到目前为止,实验所实现的量子反常霍尔效应的高温边界都很低(< 300 mK),应用价值较小。这里推出单层氯化镧体系,是否也会面临类似境遇?

  这里不妨尝试从实验角度讨论氯化镧体系这一敏感问题。实验上,为什么量子反常霍尔效应只能在如此低微的温度下才能实现?热力学说,高温会破坏低温下的有序结构,比如常压下冰对应的温度为0 oC,超过0 oC 冰的结构就开始融化。凝聚态的多种有序强弱不同,对应的稳定温度自然也不同。但说观测的一类物理效应决定于氯化镧体系中多种有序结构时,由“木桶原理”决定观测温度,即这些有序结构稳定温度较低的那个温度决定我们观测这一物理效应的临界温度。量子反常霍尔效应观测温度取决于铁磁序对应的温度及自旋轨道耦合打开非平庸带隙所对应的温度。当且仅当两个温度都很高的时候,才有可能在高温下观测到量子反常霍尔效应,这也是量子反常霍尔效应如此不易实现的原因之一。

  von Klitzing 等实现整数量子霍尔效应的温度是1.5K,这个温度已然很低。作为对比,实现量子反常霍尔效应的温度是30 mK,低了两个量级!我们对单层氯化镧的测量温度也进行了估算,其下限是由铁磁序温度决定,约为20 K。与前面的体系比较,这一温度已经高出不少,虽然这里只是估算温度。