量子反常霍尔效应-Cr掺杂研究进展2

为进一步提高量子反常霍尔效应带隙和起始温度，可从以下三点出发：(1)元素可以带来大的自旋轨道耦合；(2)元素可以提供长的铁磁耦合；(3)元素可以抑制价带在狄拉克点附近。在量子反常霍尔效应中，有两个关键的能量尺度：磁拓扑绝缘体的体带隙和铁磁居里温度，两者中的较小者决定了观测量子反常霍尔效应温度的上限。但掺杂元素的引入会使体隙随着掺杂浓度的增加而减小，而在分子束外延 (MBE) 以及任何其他低温外延技术中，磁性掺杂剂的随机分布也是不可避免的，这种不均匀性磁分布表明在磁性掺杂的拓扑薄膜中存在着较小的交换能和磁能隙区域，手性QAH边缘态通过这些区域时，会被强散射成体态或表面态而导致手性边缘态的耗散，使量子反常霍尔效应恶化。

在量子霍尔效应中定义拓扑相的整数被称为陈数，它可以确定沿样本边缘处受拓扑保护的手性边缘通道的数量。陈数在量子霍尔效应中对应霍尔电导的量子化，可用公式ρ=h/Ce²表示，其中，ρ是量子化的霍尔电阻，h是普朗克常数，e是基本电荷，C代表陈数。在C=1的QAH绝缘体中，手性边缘电流是无耗散的，但是金属电极和手性边缘通道之间的接触电阻被限制为最小值(h/Ce²)，这种接触电阻限制了利用手性边缘通道传输的概念去验证设备的技术。一种解决方案是通过增加QAH器件中平行手性边缘通道的数量来降低接触电阻，即增加C的值。对于高C而言，其有效霍尔电阻为h/Ce².另外，更大的C值会增加手性边缘态的有效击穿电流，从而促进了基于QAH设备的实际应用。

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