如果你学过关于导体和绝缘体|《自然》：中外科学家在二维拓扑轴子反铁磁体中发现了层霍尔效应( 二 ) 如果你学过关于导体和绝缘体

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波士顿学院物理学助理教授、该项目高级研究员、马琼（QiongMa ，音译）表示，层霍尔效应代表了拓扑轴子绝缘状态的第一个明确的实验证据，该特征受量子物理定律的约束。
研究人员认为，当它被完全理解时，拓扑轴子绝缘可用于制造在电子设备中具有潜在应用的半导体。马说，轴子非常不寻常的特性将支持一种称为拓扑磁电效应的新电磁响应，为实现超灵敏、超快和无耗散的传感器、探测器和存储设备铺平道路。
马介绍说，物理学家和材料科学家之间这条研究线的中心是轴子，这是理论家在30多年前首次假设的弱相互作用粒子，它们是暗物质的主要候选者之一，暗物质是一种被认为占宇宙约85%的神秘物质。
虽然在高能物理中寻找轴子的工作正在积极进行，但最近有人提出轴子可以作为固态材料中的准粒子来实现。马说，定位轴子的主要候选者是在量子拓扑轴子绝缘材料中，研究人员认为轴子以低能电子激发的形式存在。
“我们开始在精心设计的量子器件中寻找拓扑轴子绝缘态，该量子器件由偶数层MnBi2Te4或碲化锰铋制成， ”“先前的研究已经证明了绝缘状态，即非常大的电阻，然而，这对于任何绝缘体都是如此。我们想进一步证明轴子绝缘体所独有的特性，并且在常规绝缘体（例如金刚石）中不存在。 ”

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这种材料形成二维层状晶体结构，这使研究人员能够使用大多数药店和超市中都能找到的玻璃纸胶带机械剥离原子厚的薄片，将偶数层的薄片结构作为轴子绝缘体。
研究人员首先用光学方法表征层数，然后进行电传输测量，例如在不同条件下测量样品电阻，包括不同的电场、磁场和环境温度。研究人员发现了霍尔效应，这是一项众所周知的物理定律，其中电子在外加磁场的影响下以与轴成一定角度行进。但在这种情况下，这些电子在没有这种帮助的情况下移动，关键在于材料的拓扑结构，或者其电子的量子特性以及它们在其中起作用的波。
马解释说。 “我们观察到电子在其轴子绝缘状态下穿过这种材料的一种新特性：电子不会沿直线运动；相反，它们会偏转到横向。这种效应通常只在大磁场下观察到，已知就像霍尔效应一样， ”“但在这里，偏转是由于材料的固有拓扑结构和没有外部磁场而发生的。更有趣的是，电子偏转到顶层和底层的相反侧。因此，我们将其称为层霍尔效应。层霍尔效应效应是拓扑轴子绝缘状态的独特特征，这在常规绝缘体中不会发生。 ”

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团队惊讶地发现拓扑轴子绝缘状态和层霍尔效应可以被所谓的轴子场有效控制，这是同时施加电场和磁场的产物。 “这意味着电子在顶层和底层是向左偏转还是向右偏转可以通过电场和磁场的集体应用来切换， ”“单个领域无法将一种情况转换为另一种情况。 ”
【如果你学过关于导体和绝缘体|《自然》：中外科学家在二维拓扑轴子反铁磁体中发现了层霍尔效应】论文主要作者、哈佛大学化学助理教授、许苏阳（Su-YangXu ，音译）补充说：“我们对这项工作感到非常兴奋，因为它展示了拓扑轴子绝缘体状态的第一个现实平台。 ”

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拓扑轴子绝缘状态的识别导致下一步在该系统中寻找定义轴子动力学的特征，这被称为拓扑磁电效应。拓扑磁电效应是一种从根本上将电转化为磁（反之亦然）而不会损失能量的新机制，并且具有实现超节能自旋电子和存储设备的巨大潜力。