报告简介

量子霍尔边界态是实验上最早发现的拓扑电子态。除传统砷化镓半导体界面二维电子气之外，石墨烯是少数能够通过栅极有效调控整数以及分数量子霍尔效应的材料之一。然而，由于其较小的廊道能隙，截至目前，量子化边界电导平台的实现需要依赖极低温和强磁场（例如液氮温度下，至少需要10 T以上磁场），极大限制了其应用前景。

报告将介绍本团队在石墨烯与一氯一氧化铬（CrOCl）界面处通过垂直电场实现自发对称破缺的界面电子态，从而产生数十纳米波长的二维局域电荷序（称为“量子超晶格”，与传统固态超晶格对应）。这使石墨烯电子自身的电子关联效应进一步增强，从而大幅增加费米面附近的电子速度，使其量子霍尔态可以在很小的磁场下发生，具有极强的鲁棒性[1-2]。在77 K温度下，本体系实现横向电导量子化平台所需要的磁场可低至350 mT（该磁场强度由一般永磁体即可提供），而传统石墨烯的量子化电导在77 K则需要10 T以上磁场才能获得。本实验表明，电荷转移这种传统的界面现象在量子电子态调控中可以发挥出超乎寻常的重要作用。而且，根据理论，这样的量子超晶格可能是许多层状材料中的普遍现象[2-4]，更多丰富的物理现象有待发现。

参考文献：

[1]Y. Wang, et al., Nature Nanotechnology,17, 1272 (2022).

[2]X. Lu, et al., Nature Communications,14, 5550 (2023).

[3]C. C. Tseng, et al., Nano Lett., 22, 8495, (2022).

[4]K. Yang, et al., Nature Communications,14, 2136 (2023).

报告人简介

韩拯，山西大学教授，在新原理低维量子器件方面演示了本征二维磁性半导体自旋场效应管（Nat. Nanotechnol., 13, 554, 2018）；制备的单原子鳍片宽度FinFET 鳍栅晶体管（Nat. Commun., 11, 1205, 2020）入选《半导体学报》“中国半导体十大进展”；发展了一种界面电荷序调控二维电子关联的新方法，实现了极具鲁棒性量子霍尔态（Nat. Nanotechnol., 17, 1272, 2022）和激子增强的绝缘体（Nat. Commun., 14, 2136, 2023）。入选国家海外青年人才计划、国家级特殊人才支持计划科技领军人才；曾获“山西五四青年奖章”、“山西省五一劳动奖章”、“MIT科技评论中国区35岁以下创新35人”。