量子霍爾效應(yīng)(QHE)是物質(zhì)拓?fù)錉顟B(tài)的一種典型實(shí)現(xiàn)。它產(chǎn)生于拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)、相互作用和無(wú)序之間微妙的相互作用。這種無(wú)序使得在體中形成局域態(tài)，使量子霍爾態(tài)相對(duì)于磁場(chǎng)和載流子密度穩(wěn)定下來(lái)。然而，局部狀態(tài)的細(xì)節(jié)及其對(duì)交通的貢獻(xiàn)仍然超出了大多數(shù)實(shí)驗(yàn)技術(shù)的范圍。
磁導(dǎo)軌跡是量子霍爾效應(yīng)(QHE)最著名的特征。在朗道能級(jí)填充ν的整數(shù)QHE或簡(jiǎn)單分?jǐn)?shù)QHE值下，電導(dǎo)率與經(jīng)典預(yù)測(cè)不同。橫向電導(dǎo)率呈平穩(wěn)狀態(tài)(作為磁場(chǎng)或載流子密度的函數(shù))，其量子化值為Gxy = νG0 ，而縱向電導(dǎo)率則消失，Gxx≈0。這一觀察結(jié)果表明，大塊是絕緣的，電流只能在樣品邊緣附近流動(dòng)。由于無(wú)序性，一旦磁場(chǎng)被調(diào)離高原中心，塊體中的局部狀態(tài)就會(huì)被填滿或清空。這些局域態(tài)是穩(wěn)定QHE態(tài)的關(guān)鍵因素，并且經(jīng)典霍爾電導(dǎo)(即在Gxy中沒(méi)有量子化平臺(tái))有望在完全清潔的樣品中重新出現(xiàn)。局域態(tài)對(duì)電輸運(yùn)的貢獻(xiàn)可以忽略不計(jì)。
熱霍爾電導(dǎo)是QHE研究中具有重要意義的第二輸運(yùn)系數(shù)。與Gxy類(lèi)似，QHE態(tài)的熱霍爾電導(dǎo)也被量子化，κxyT= νQκ0T， νQ取決于拓?fù)渲刃虻男再|(zhì)。對(duì)于所有阿貝爾狀態(tài)(整數(shù)和大多數(shù)分?jǐn)?shù)填充分?jǐn)?shù))，它被量化為整數(shù)，對(duì)于非阿貝爾狀態(tài)，它被量化為分?jǐn)?shù)。νQ的值是本體拓?fù)漤樞虻囊粋€(gè)獨(dú)特屬性，它可以提供對(duì)底層基態(tài)的關(guān)鍵洞察。近年來(lái)，QHE中熱輸運(yùn)的研究加快了，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，雙端熱導(dǎo)系數(shù)κ2T可以量化。這些研究揭示了分?jǐn)?shù)態(tài)QHE的本質(zhì)，特別是奇異的ν = 5/2態(tài)。然而，κ2T對(duì)模間熱平衡很敏感，可能是大量貢獻(xiàn)。
1 成果掠影
中，分離了縱向熱導(dǎo)
，（由于塊體的貢獻(xiàn)），這主要是通過(guò)消除邊緣模式的貢獻(xiàn)。將縱向熱導(dǎo)率(由于體的貢獻(xiàn))從拓?fù)錂M向值中分離出來(lái)。當(dāng)磁場(chǎng)遠(yuǎn)離電導(dǎo)平臺(tái)中心時(shí)，體中的局部態(tài)有效地傳導(dǎo)熱量，而體保持電絕緣。在第一激發(fā)態(tài)朗道能級(jí)上的分?jǐn)?shù)態(tài)，如和，以有限的速度在整個(gè)高原上傳導(dǎo)熱量。我們提出了一個(gè)理論模型，確定局域狀態(tài)作為有限熱傳導(dǎo)的原因，定性地與我們的實(shí)驗(yàn)結(jié)果一致。研究成果以“Heat conductance of the quantum Hall bulk”為題發(fā)表于《Nature》。
圖1: 填充ν=2時(shí)，器件和縱向熱導(dǎo)。
圖2: 在ν=2時(shí)，縱向熱導(dǎo)系數(shù)的溫度依賴(lài)性。
圖3: 用于計(jì)算塊體熱導(dǎo)的模型示意圖。
圖4: 填充ν=7/3和ν=5/2時(shí)，塊體熱導(dǎo)。
標(biāo)簽： 導(dǎo)熱散熱 點(diǎn)擊： 評(píng)論: