研究前沿：复旦大学 单层石墨烯-量子霍尔态 | Nature Nanotechnology

在二维材料系统中，垂直磁场可诱导体能带隙和手征边缘态，从而产生量子霍尔效应。量子霍尔效应的特征是，在线性响应范围内，零纵向电阻（Rxx）和霍尔电阻（Rxy）平台，量子化为h/(υe2)，其中υ是朗道能级填充因子，e是基本电荷，H是普朗克常数。

今日，复旦大学 何攀Pan He, 沈健 Jian Shen等，日本 九州大学（Kyushu University）Hiroki Isobe等，新加坡国立大学（National University of Singapore）Gavin Kok Wai Koon，Junxiong Hu等，日本理化研究所新兴物质科学中心（RIKEN Center for Emergent Matter Science (CEMS)）Naoto Nagaosa等，在Nature Nanotechnology上发文，探索了单层石墨烯调谐到量子霍尔态时的非线性响应。

研究观察到了三阶霍尔效应，并表现出了非零电压平台，随探针电流按立方比例变化。相反，三阶纵向电压保持为零。三阶响应的幅值，对磁场（低至~5T）和温度（高至~60K）的变化不敏感。

三阶响应出现在具有各种几何形状、不同衬底和堆叠配置的石墨烯器件中。还定义了量子霍尔态的三阶非线性响应效应，并提出了量子霍尔边缘态之间电子-电子相互作用是量子霍尔态非线性响应的起源。

Third-order nonlinear Hall effect in a quantum Hall system.
量子霍尔系统中的三阶非线性霍尔效应

第一作者：Pan He, Hiroki Isobe, Gavin Kok Wai Koon.

通讯作者：Pan He, Hiroki Isobe，Junxiong Hu，Naoto Nagaosa & Jian Shen

通讯单位：复旦大学，日本九州大学，新加坡国立大学，日本理化研究所

图1: 在经典和量子域中，线性霍尔效应和非线性霍尔效应示意图。

图2: 在量子霍尔态quantum Hall states，QHSs内，三阶非线性霍尔平台的观测结果

图3: 在量子霍尔态QHSs内，三阶霍尔效应的立方电流依赖性。

图4: 磁场和温度，对量子霍尔态QHS三阶非线性响应的影响。

文献链接

He, P., Isobe, H., Koon, G.K.W. et al. Third-order nonlinear Hall effect in a quantum Hall system. Nat. Nanotechnol. (2024).

https://doi.org/10.1038/s41565-024-01730-1

https://www.nature.com/articles/s41565-024-01730-1

本文译自Nature。