7月22日，《自然·纳米技术》（Nature Nanotechnology）在线发表了国家脉冲强磁场科学中心用户北京大学彭海琳教授题为《氧化物中隐藏自旋极化效应诱导的偶数量子霍尔效应》（Even-integer quantum Hall effect in an oxide caused by a hidden Rashba effect）的论文。该成果依托我校脉冲强磁场设施，由北京大学彭海琳教授与南京大学袁洪涛教授、以色列威兹曼研究院颜丙海教授合作完成，中心朱增伟教授和左华坤工程师员提供了脉冲强磁场实验测量。

量子霍尔效应是20世纪以来凝聚态物理学中最重要的科学发现之一，对于探测和理解二维体系中的新电子态具有重要意义，而实验上观测量子霍尔效应的难度很大。近年来，二维半导体材料的发展为探索量子霍尔效应和新奇量子物态提供了新机遇，虽然科学家们在多种二维半导体材料体系（如黑磷、硒化铟等）中观测到了整数量子霍尔效应，但因体系中的自旋轨道耦合较弱，强磁场下塞曼效应导致奇数与偶数量子化平台同时出现，量子霍尔效应中奇/偶量子物态的调控一直没有取得实验突破。

Bi₂O₂Se薄膜中的偶数量子霍尔效应

该研究中，合作团队利用分子束外延技术生长了高质量的Bi₂O₂Se薄膜，借助脉冲强磁场设施的电输运实验平台，观测到了一种全新的偶数量子霍尔效，即在高达50T的脉冲强磁场下，Bi₂O₂Se薄膜中仅出现偶数量子霍尔效应，而奇数量子霍尔平台全部缺失。通过理论结合实验研究发现，Bi₂O₂Se中强磁场下的全新偶数量子霍尔效应源于其自身独特的隐藏自旋极化效应。同时，通过改变Bi₂O₂Se的面外极化场，还可以有效地调节其中的偶数量子霍尔效应，并在实验上同时观测到了奇数与偶数量子化平台共存的量子霍尔效应。

该研究工作在高迁移率二维半导体Bi₂O₂Se中首次发现隐藏自旋极化诱导的偶数量子霍尔效应，并实现了量子霍尔效应中奇/偶量子态的精确控制，为发现新奇量子霍尔效应、调控能带拓扑与自旋织构、探究自旋相关物理现象以及构筑高速低功耗自旋电子学器件提供了一个理想材料平台。

新闻来源：https://www.chem.pku.edu.cn/kyjz/160413.htm

论文链接：https://www.nature.com/articles/s41565-024-01732-z