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零磁场的电阻量子化

时间:2021-01-07 来源:计量检测 点击:

零磁场的电阻量子化
 
  它主要用于以下领域:电阻测量和固态物理
 
  德国联邦物理与技术研究所(PTB)与维尔茨堡大学合作,成功测量了量子反常霍尔效应,其相对测量不确定度为2.5107。这意味着提高了近三个数量级。使得量子霍尔电阻标准和约瑟夫森电压标准的集成更加接近现实,这将是电子量子标准在实际应用中的一个突破。
 
  拓扑绝缘体主体绝缘,表面导电。铁磁掺杂也使垂直于磁化方向的表面绝缘。一维“边缘沟道”,即环形电流,在膜的边缘流动。在这种状态下,霍尔电阻xy在零磁场下被量子化,取克里青常数值h/E2,同时纵向电导率xx变为零。
 
  拓扑绝缘体中存在量子反常霍尔效应。这些是几年前才发现的新固体材料,只在表面导电。这种材料的形式是铁磁薄层,可以表示为在没有外加磁场的情况下,低温量子化的霍尔电阻,这个霍尔电阻值就是Krysing常数h/e2。在PTB进行的这项研究中,使用的拓扑绝缘体是由维尔茨堡大学通过分子束外延(MBE)技术制造的铁磁钒[(bixs  B1x)2te  3]混合晶体。这种材料和类似材料的反常霍尔效应以及在没有外磁场的情况下理论预测的量子化已经被证明了一段时间,但当时的相对测量不确定度约为104。如果这种效应是真实准确的,它可能会给未来的电子量子计量带来新的元素,即将量子霍尔电阻标准和约瑟夫森电压标准结合起来,只在一个芯片上零磁场下工作。但是用MBE制造这些晶体是非常困难的,世界上只有少数研究小组能够掌握这项技术。此外,到目前为止,铁磁状态非常敏感,与理论估计相反,量子化仅发生在毫开尔文范围内的非常低的温度和几个毫微安的非常小的测量电流下
 
  在维尔茨堡研究计量检测小组的合作下,零磁场的量子化在几个毫微安,的电流下得到证实,测量不确定度为2.510-7。这种不确定性比以前获得的值低近三个数量级。这些测量是用PTB开发的低温电流比较器电桥进行的,证明了它在分数量子霍尔效应精确量子化演示中的价值(见之前PTB新闻)。
 
  验证结果让我们预期,虽然零磁场下量子反常霍尔效应的所有细节都没有完全掌握,但这种效应应该会导致未来更容易操作的电子量子标准。
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