Các nhà đồ vật lý Đức cùng Mỹ vừa lần thứ nhất quan gần cạnh thấy đông đảo dấu hiệu thứ nhất về một hiện tượng kỳ lạ chất rắn phi lý gọi là cảm giác Hall spin lượng tử (Quantum spin Hall effect - QSHE), trong những số đó dòng điện tử phân cực spin ngơi nghỉ tại rìa của chất phương pháp điện rất có thể trở thành điện tử dẫn điện.

Các nhà nghiên cứu và phân tích đã quan liền kề thấy sự dẫn năng lượng điện ở rìa trong các tấm thủy ngân telua (HgTe) tuy nhiên trên thực tiễn họ cần thiết khẳng định chắc chắn rằng rằng những điện tử sinh sống rìa liệu có phải là spin phân cực hay không. QSHE là một trong hiệu ứng vô cùng lý thú bởi nó sẽ rất là hữu ích cho việc tạo ra các linh kiện spintronic, khai thác đồng thời nhị thuộc tính của điện tử: năng lượng điện tích với spin.


Bất kỳ ai học tập qua những giáo trình các đại lý vật lý thường rất quen thuộc với cảm giác Hall cổ điển, mà lại ở đó những điện tử hoạt động trong những tấm mỏng dính bị di chuyển về 2 rìa của chủng loại khi xuất hiện của sóng ngắn từ trường do chức năng của lực Lorentz. Điều này tạo sự mất cân đối về năng lượng điện tích, dẫn đến sự việc sinh ra một hiệu điện thế ngang qua mẫu mã vật. Năm 1999, các nhà vật dụng lý vẫn lần trước tiên chỉ ra các vật chứng về "Hiệu ứng Hall spin" mà trong số đó các năng lượng điện tử sở hữu spin up và spin down bị lệch về 2 phía đối diện của một tấm phân phối dẫn và tác dụng là làm nên phân bóc spin, và tạo thành một chiếc spin vuông góc cùng với chiều của dòng điện.

Hiệu ứng Hall spin lượng tử (QHSE) là một hiện tượng tương xứng (giống như cảm giác Hall lượng tử quan lại hệ khớp ứng với cảm giác Hall cổ điển) nhưng được mang thiết xảy ra chưa hẳn ở các vật dẫn, tuy thế trong một số các chủng loại điện môi hết sức mỏng. Nó bao gồm các năng lượng điện tử spin up dẫn điện dọc theo một rìa của điện môi cùng với những điện tử spin down dọc theo một rìa khác. Băng cho dù trên toàn khối là năng lượng điện môi, nhưng lại tính dẫn điện rất có thể đạt được ở những rìa vì sự liên tưởng giữa spin cùng với mômen động lượng quy đạo của điện tử (tương tác spin - quỹ đạo) làm bớt độ rộng vùng cấm (khe năng lượng giữa vùng dẫn với vùng hóa trị) cho tới 0 so với các năng lượng điện tử phân cực spin.


mô hình hiệu ứng Hall spin lượng tử.

Năm trước, Shou-Cheng Zhang và cộng sự ở Đại học tập Stanford (Mỹ) đang giả thiết rằng ở những tấm rất mỏng tanh thủy ngân telua (HgTe) có thể có cấu trúc vùng tích điện thích hòa hợp cho hiện tượng kỳ lạ này. Và Zhang đã dấn mình vào nhóm của Laurens Molenkamp cùng các cộng sự ở Đại học Wuerzburg (Đức) để cố gắng tìm ra hồ hết bằng xác nhận nghiệm thứ nhất về hiệu ứng này trong những giếng lượng tử HgTe - những màng mỏng manh HgTe với độ dày chỉ vài nanomet được cho phép cầm tù những điện tử vào một cấu trúc 2 chiều (điện tử bị giảm bớt 1 chiều và dịch chuyển tự do theo 2 chiều).

Các điện rất đã được nối vào giếng được cho phép đo độ dẫn của bọn chúng khi được làm lạnh xuống nhiệt độ độ khoảng tầm 30 mK. Độ dẫn không giống 0 như sẽ giả thiết vì Zhang đã được quan tiếp giáp thấy trong tất cả các giếng lượng tử gồm chiều dày trường đoản cú 6,3 mang lại 12 nm. Vì chưng độ dẫn không tăng theo chiều dày của giếng nên các nhà nghiên cứu và phân tích đã tóm lại rằng sự dẫn điện xẩy ra dọc theo rìa của những giếng rộng là xảy ra trong tâm địa của vật liệu.


Tuy nhiên với các giếng mỏng tanh hơn 6,3 nm lại xẩy ra tính chất y như điện môi - tương xứng với lý thuyết của Zhang, dự đoán rằng các giếng rất mỏng manh sẽ không thể có được cấu trúc vùng tương thích để xảy ra QSHE. Lúc nhóm đặt từ ngôi trường vào các giếng dày hơn, sự dẫn sinh sống rìa bị mất tích - trả toàn tương xứng với hầu hết gì đã có được tiên đoán trong lý thuyết.

tác dụng đo độ dẫn, khe năng lượng phụ thuộc vào vào sóng ngắn từ trường (Science Express).

Mặc dù họ thành không trong bài toán quan tiếp giáp thấy sự dẫn sống rìa, nhưng mà nhóm vẫn không đủ bằng chứng để khẳng định rằng điện tử dẫn có phải là phân rất spin tốt không. "Tất nhiên sẽ có thêm những công trình rất cần phải làm" - Charles Kane làm việc Đại học tập Pennsylvania (Mỹ), fan đã tiên đoán rằng QSHE rất có thể xảy ra trong những màng siêu mỏng mảnh carbon (gọi là graphene) - "Nhưng tôi không nghĩ rằng nó có thể làm giảm sút tầm quan trọng của dự án công trình này".

Molenkamp phát biểu trên Physics World, nhóm đã khai thác tài năng làm cầm nào những đầu đo từ trường SQUID rất có thể được tích hợp trong số giếng lượng tử để đo sự phân rất spin ở các rìa. Và chính vì các điện tử spin phân rất được hy vọng rất có thể tạo ra sự mất tính dẫn điện, nên những chất điện môi có tác dụng dẫn điện ở rìa hoàn toàn có thể được sử dụng trong các linh kiện spintronic năng suất thấp.