量子化霍尔电阻标准研究综述

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作者 宋宏天 肖勇 +4 位作者 刘小虎 王保帅 胡珊珊 赵伟 李世松 《电测与仪表》 北大核心 2025年第1期2-12,共11页

量子化霍尔电阻标准将电阻单位量值直接溯源至基本物理常数,从根本上解决了经典实物电阻标准易受环境因素(如温度、海拔、电磁等)影响而发生量值漂移的难题,为电阻计量能力的全面提升做出了重大贡献。文中综述了基于砷化镓、石墨烯、量... 量子化霍尔电阻标准将电阻单位量值直接溯源至基本物理常数,从根本上解决了经典实物电阻标准易受环境因素(如温度、海拔、电磁等)影响而发生量值漂移的难题,为电阻计量能力的全面提升做出了重大贡献。文中综述了基于砷化镓、石墨烯、量子化反常霍尔效应的量子化霍尔电阻标准,以及十进制量子化霍尔电阻标准的研究现状,阐述了量子化霍尔电阻标准研究面临的瓶颈难题。经文献调研发现,基于砷化镓量子化霍尔电阻标准已被列为多个国家的电阻基准,发展基于新型材料或物理效应(如石墨烯材料、量子化反常霍尔效应)的轻量级量子化霍尔电阻标准技术成为该领域的前沿研究热点。通过对已有研究成果的调研和思考,文章展望了量子化霍尔电阻标准技术的未来发展方向,旨在为深入开展量子化霍尔电阻标准研究提供有益的借鉴和参考。 展开更多

关键词 量子化霍尔电阻标准 石墨烯 量子化反常霍尔效应 十进制量子化霍尔电阻标准 基本物理常数

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冷原子中的光致量子自旋Hall效应 被引量：1

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作者 张新定 高宗壬 《华南师范大学学报（自然科学版）》 CAS 2008年第4期59-62,共4页

讨论在冷原子体系中利用光致规范场模拟量子自旋霍尔效应.通过对6Li这样的多能级原子施加适当的激光脉冲,构造出具二重兼并的能量暗态(能量为零的本征态).类似于自旋二分量体系,可以分别定义2个暗态为自旋向上及自旋向下态.当原子在空... 讨论在冷原子体系中利用光致规范场模拟量子自旋霍尔效应.通过对6Li这样的多能级原子施加适当的激光脉冲,构造出具二重兼并的能量暗态(能量为零的本征态).类似于自旋二分量体系,可以分别定义2个暗态为自旋向上及自旋向下态.当原子在空间分布的激光场中运动时,其所感受到的有效自旋相关规范场将导致可观测的自旋霍尔电流. 展开更多

关键词 冷原子 规范场 量子自旋霍尔效应

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十进制量子电阻阵列研究综述

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作者 孟静 白静芬 +2 位作者 李宗嵘 段晓萌 耿爱玲 《电测与仪表》 北大核心 2025年第1期35-43,共9页

文章综述了十进制量子电阻阵列的制造难点和在电学计量标准化中的应用及前景。通过分析量子霍尔效应的核心原理,探讨了砷化镓(gallium arsenide,GaAs)与石墨烯两种材料在量子电阻阵列中的优势与差异。文章总结了实现十进制量化的关键技... 文章综述了十进制量子电阻阵列的制造难点和在电学计量标准化中的应用及前景。通过分析量子霍尔效应的核心原理,探讨了砷化镓(gallium arsenide,GaAs)与石墨烯两种材料在量子电阻阵列中的优势与差异。文章总结了实现十进制量化的关键技术,包括量子霍尔条的制备、载流子密度调控、超导互连与电路误差优化等。此外,文章还强调了量子电阻阵列在国际计量体系中的重要作用,尤其在欧姆与安培重新定义中的贡献,并展望了量子电阻设备的便携化与智能化发展趋势,不仅能够推动电学测量技术的进步,也能够为各类高精度测量应用提供了重要的技术支撑。 展开更多

关键词 十进制量子电阻阵列 量子霍尔效应 砷化镓 石墨烯 电学计量标准化

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薄壁量子化方法进展

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作者 王永龙 杜龙 《物理学进展》 北大核心 2024年第1期9-18,共10页

微纳加工技术的快速发展实现了具有非平庸几何结构的低维材料与结构的制备,使得受几何性质影响的有效动力学问题受到关注。作为研究低维弯曲系统中量子力学的有效方法,薄壁量子化方法,它给出的几何势和几何动量也得到实验的证实。本文... 微纳加工技术的快速发展实现了具有非平庸几何结构的低维材料与结构的制备,使得受几何性质影响的有效动力学问题受到关注。作为研究低维弯曲系统中量子力学的有效方法,薄壁量子化方法,它给出的几何势和几何动量也得到实验的证实。本文将回顾薄壁量子化方法,简述其基本计算框架,明确给出几何量子效应是来自于微分同胚变换和局域标架间的旋转变换。这对于理解引力规范场,演生规范场很有帮助,对理解人工规范场所隐含的几何结构也很有帮助。在特定的量子体系中,几何量子效应可表现为共振隧穿、量子阻塞、量子霍尔效应、量子霍尔黏性、量子自旋霍尔效应和单极磁场等,这些结果从不同角度展示了几何与新奇的物理现象之间的联系。 展开更多

关键词 几何势 几何动量 几何规范势 薄壁量子化方法 量子霍尔效应

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石墨烯的电子结构及其应用进展 被引量：18

5

作者 梁彤祥 刘娟 王晨 《材料工程》 EI CAS CSCD 北大核心 2014年第6期89-96,共8页

本文分析了石墨烯的晶体结构、电子结构以及其独特的量子霍尔效应,评价了石墨烯的制备方法,分析了石墨稀应用研究进展。阐述了目前石墨稀材料研究的主要问题,并预测了其发展趋势。

关键词 石墨烯 炭素材料 量子霍尔效应

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交流电阻标准研究进展 被引量：8

6

作者 黄璐 张钟华 赵伟 《电测与仪表》 北大核心 2004年第6期1-4,27,共5页

基于直流量子化霍尔效应建立的高水平直流电阻标准,促使人们积极研究交流量子化霍尔效应,以期建立更高准确度交流电阻标准的技术方案。但国外在这方面的探索遇到了一些困难。鉴于此,本文作者提出了有别于国外方案的新的技术路线。

关键词 交流电阻标准 研究进展 交流量子化霍尔效应 可计算交直流转换差电阻 低温电流比较仪

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磁性拓扑绝缘体与量子反常霍尔效应 被引量：4

7

作者 翁红明 戴希 方忠 《物理学进展》 CSCD 北大核心 2014年第1期1-9,共9页

量子反常霍尔绝缘体,有时也被称为陈数绝缘体,是不同于普通绝缘体和拓扑绝缘体的一类新的二维绝缘体,该体系具有可被实验观测的特殊物理性质—量子反常霍尔效应。该体系的物态不能用朗道对称性破缺理论来描写,而要用到拓扑物态的概念。... 量子反常霍尔绝缘体,有时也被称为陈数绝缘体,是不同于普通绝缘体和拓扑绝缘体的一类新的二维绝缘体,该体系具有可被实验观测的特殊物理性质—量子反常霍尔效应。该体系的物态不能用朗道对称性破缺理论来描写,而要用到拓扑物态的概念。它的发现也经历了从反常霍尔效应的内秉物性阐释,到量子自旋霍尔效应与拓扑绝缘体的发现,再到磁性拓扑绝缘体的理论预测与实现,并最终成功实验观测的漫长过程。由于量子反常霍尔效应的实现不需要外加磁场,而此时样品的边缘态可以被看成一根无能耗的理想导线,因此人们对于其将来可能的应用充满了期待。本文将从理论的角度简单综述该领域的发展历程、基本概念、以及相关的材料系统。 展开更多

关键词 拓扑绝缘体 量子反常霍尔效应 贝里相位 拓扑不变量

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中国的量子化霍尔电阻标准 被引量：1

8

作者 张钟华 王登安 +2 位作者 胡智 郑久 贺青 《计量学报》 CSCD 1993年第2期81-86,共6页

1988年10月举行的国际计量委员会(CIPM)第77次会议决定,从1990年1月1日起在世界范围内启用量子化霍尔电阻标准。中国计量科学研究院从1987年起也开始了建立量子化霍尔电阻标准的研究课题,该项标准现已建成,用量子化霍尔效应复现的10kΩ... 1988年10月举行的国际计量委员会(CIPM)第77次会议决定,从1990年1月1日起在世界范围内启用量子化霍尔电阻标准。中国计量科学研究院从1987年起也开始了建立量子化霍尔电阻标准的研究课题,该项标准现已建成,用量子化霍尔效应复现的10kΩ和1kΩ电阻量值的不确定度为2.2×10^(-8)。 展开更多

关键词 霍尔效应 电阻 标准器

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交流量子电阻传递电桥的研制 被引量：3

9

作者 黄晓钉 王忠伟 +3 位作者 蔡建臻 佟亚珍 王宁 虞娇兰 《中国测试》 CAS 北大核心 2022年第11期138-144,共7页

国际单位制变革后,阻抗参数需溯源至量子化霍尔电阻,其中将交流量子电阻传递到被测交流标准电阻是主要难点之一,需要研制10^(–8)量级的阻抗电桥,而常规精密阻抗电桥的准确度在10^(–4)至10^(–5)量级,仅有四端对同轴阻抗电桥在理论上... 国际单位制变革后,阻抗参数需溯源至量子化霍尔电阻,其中将交流量子电阻传递到被测交流标准电阻是主要难点之一,需要研制10^(–8)量级的阻抗电桥,而常规精密阻抗电桥的准确度在10^(–4)至10^(–5)量级,仅有四端对同轴阻抗电桥在理论上能实现10^(–8)量级的准确度,但结构十分复杂,需要多次平衡,其过程存在相互影响,使平衡收敛十分缓慢,测量效率很低,同时存在频点单一的问题。针对以上不足,提出微差补偿网络隔离供电和可调虚部补偿输入比例的措施,大幅提高电桥收敛速度,并实现用于交流量子电阻传递的多频点四端对同轴阻抗电桥。同时给出四端对同轴阻抗电桥的校验方法和整体验证的标准器,验证结果表明:研制的交流量子电阻传递电桥10∶1的测量不确定度达到10^(–8)量级。 展开更多

关键词 计量学 交流量子化霍尔效应 四端对同轴阻抗电桥 交直流差可计算电阻 快速收敛

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磁场引发石墨烯从金属态到绝缘态的相变 被引量：1

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作者 罗运文 李秀燕 《深圳大学学报（理工版）》 EI CAS CSCD 北大核心 2016年第2期143-146,共4页

基于哈伯德模型,用微扰法计算磁场中石墨烯从金属态到绝缘态相变的临界值.研究发现,加入强磁场后,由于发生了量子霍尔效应,石墨烯的电子态和空穴态在零能级发生简并,因此零能级只能容纳1个电子,另一电子只能占据更高的朗道能级,这相当... 基于哈伯德模型,用微扰法计算磁场中石墨烯从金属态到绝缘态相变的临界值.研究发现,加入强磁场后,由于发生了量子霍尔效应,石墨烯的电子态和空穴态在零能级发生简并,因此零能级只能容纳1个电子,另一电子只能占据更高的朗道能级,这相当于增加了电子之间的相互作用能.磁场增大了电子之间的相互作用能,引起石墨烯从金属态向绝缘态的相变. 展开更多

关键词 凝聚态物理学 石墨烯 哈伯德模型 量子霍尔效应 微扰法 金属-绝缘态相变

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自旋陈数理论和时间反演对称破缺的量子自旋霍尔效应 被引量：6

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作者 盛利 《物理学进展》 CSCD 北大核心 2014年第1期10-27,共18页

一般认为,量子自旋霍尔效应只有受到时间反演对称性的保护才是稳定的。但是,因为在实际材料中破坏时间反演对称性的微扰往往无法避免,这种受时间反演对称性保护的量子自旋霍尔效应在真实环境中并不稳定。本综述将介绍近期在寻找无需时... 一般认为,量子自旋霍尔效应只有受到时间反演对称性的保护才是稳定的。但是,因为在实际材料中破坏时间反演对称性的微扰往往无法避免,这种受时间反演对称性保护的量子自旋霍尔效应在真实环境中并不稳定。本综述将介绍近期在寻找无需时间反演对称性保护的量子自旋霍尔效应方向上的系列研究进展。我们将证明量子自旋霍尔体系的非平庸拓扑性质在时间反演对称性被破坏后仍然可以完好存在,并通过一个规范讨论,将边缘态一般性质和体能带的非平庸拓扑性质联系起来。进一步,将探讨通过人工消除边缘态时间反演对称性而实现稳定的量子自旋霍尔效应的方案。此外,我们还将介绍自旋陈数理论,自旋陈数是在没有时间反演对称性存在时,表征量子自旋霍尔体系所处不同拓扑相的有效工具。 展开更多

关键词 量子自旋霍尔效应 拓扑绝缘体 自旋陈数 边缘态 时间反演对称性

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光致规范场下的冷原子及自旋量子霍尔效应 被引量：1

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作者 张新定 《量子电子学报》 CAS CSCD 北大核心 2009年第2期187-192,共6页

讨论了冷原子与激光场的互作用系统，对于碱金属原子例如^6Li与激光场互作用系统，通过恰当的光场参数配置，构造出具二重兼并的能量本征态，可以分别定义两个简并态为自旋向上及自旋向下态，类似于自旋二分量体系。进一步研究发现，不... 讨论了冷原子与激光场的互作用系统，对于碱金属原子例如^6Li与激光场互作用系统，通过恰当的光场参数配置，构造出具二重兼并的能量本征态，可以分别定义两个简并态为自旋向上及自旋向下态，类似于自旋二分量体系。进一步研究发现，不同自旋态将感受到自旋相关的光致规范场。当原子在设定的空间分布激光场中运动时，其所感受到的有效自旋相关规范场将导致自旋霍尔效应，并产生可观测的自旋霍尔流。 展开更多

关键词 量子光学 量子自旋霍尔效应 规范场 冷原子

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论霍耳测量问题

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作者 傅云翎 王凤林 +1 位作者 杨红 臧林华 《江西师范大学学报（自然科学版）》 CAS 1996年第2期99-101,共3页

利用合理的边界条件，通过解拉氏方程．导出了一个普适的霍耳电压公式．利用这个公式，不仅可以解释常规霍耳效应中电极对霍耳电压的强短路作用，而且还可以解释量子霍耳效应中电极对霍耳电压的零短路作用．

关键词 量子霍耳效应 半导体 霍耳效应 测量

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霍耳效应公式的量子力学推导法

14

作者 傅云翎 张丽红 周学秋 《江西师范大学学报（自然科学版）》 CAS 1997年第1期47-48,共2页

用量子力学方法推导了量子霍耳效应中二维电子气中的霍耳效应公式

关键词 量子霍耳效应 电子气 霍耳效应公式 量子力学

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量子霍尔效应在电阻标准中的应用综述 被引量：2

15

作者 宋海龙 孙毅 +3 位作者 于珉 何家伟 赵佺 黄晓钉 《电子测量与仪器学报》 CSCD 北大核心 2021年第11期12-22,共11页

量子霍尔效应为电学计量提供了最高电阻标准,近年来随着新材料的发现和新技术的进步,量子化霍尔电阻标准也正在发生新的进展。全面介绍了量子化霍尔电阻标准的发展过程,描述量子霍尔效应的发现及其理论和普适性,阐述基于砷化镓和基于石... 量子霍尔效应为电学计量提供了最高电阻标准,近年来随着新材料的发现和新技术的进步,量子化霍尔电阻标准也正在发生新的进展。全面介绍了量子化霍尔电阻标准的发展过程,描述量子霍尔效应的发现及其理论和普适性,阐述基于砷化镓和基于石墨烯的量子电阻器件以及量子电阻阵列的发展过程,分析新型石墨烯量子化霍尔电阻标准的优势及其发展现状,总结直流电流比较仪电桥、低温电流比较仪电桥和常温低频电流比较仪电桥等3种电阻传递装置原理和优缺点,并展望量子化霍尔电阻标准的发展方向。 展开更多

关键词 量子霍尔效应 电阻标准 石墨烯 电阻电桥

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石墨烯在量子霍尔电阻中的应用 被引量：2

16

作者 宋海龙 孙毅 +3 位作者 于珉 王英爽 门伯龙 黄晓钉 《计量学报》 CSCD 北大核心 2022年第6期712-718,共7页

基于砷化镓的量子霍尔电阻自然基准需要在约1.5 K的温度条件下运行,存在成本高和操作复杂等诸多问题。随着石墨烯材料独特电性能的发现,因其可以在约4.2 K的温度复现量子霍尔效应而成为制作量子霍尔电阻的理想材料。各国专家围绕石墨烯... 基于砷化镓的量子霍尔电阻自然基准需要在约1.5 K的温度条件下运行,存在成本高和操作复杂等诸多问题。随着石墨烯材料独特电性能的发现,因其可以在约4.2 K的温度复现量子霍尔效应而成为制作量子霍尔电阻的理想材料。各国专家围绕石墨烯在电学计量领域的应用开展了大量的工作,取得了可喜的进展。对当前石墨烯在量子霍尔电阻中应用的进展和存在的问题进行了总结,并对未来的发展进行了展望。 展开更多

关键词 计量学 石墨烯 量子霍尔效应 量子霍尔电阻基准

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石墨烯中量子反常霍尔效应研究进展 被引量：3

17

作者 乔振华 任亚飞 《深圳大学学报（理工版）》 EI CAS 北大核心 2014年第6期551-560,共10页

量子反常霍尔效应是一种存在于二维电子气中,具有无带隙的手性边缘态但体态绝缘的物理现象.不同于强磁场下量子化朗道能级引起的量子霍尔效应,量子反常霍尔效应可通过引入自旋轨道耦合相互作用以及交换场来实现.作者回顾了量子反常霍尔... 量子反常霍尔效应是一种存在于二维电子气中,具有无带隙的手性边缘态但体态绝缘的物理现象.不同于强磁场下量子化朗道能级引起的量子霍尔效应,量子反常霍尔效应可通过引入自旋轨道耦合相互作用以及交换场来实现.作者回顾了量子反常霍尔效应的研究进展,评述了石墨烯中的量子反常霍尔效应.通过理论模型预言在石墨烯体系中引入交换场破坏时间反演对称性,通过考虑Rashba自旋-轨道耦合,可在狄拉克点打开一个拓扑非平庸的量子反常霍尔效应体能隙,进一步分析解释其物理根源.讨论了几种实验原型,尝试通过外部操控在石墨烯中实现量子反常霍尔效应. 展开更多

关键词 凝聚态物理 石墨烯 量子反常霍尔效应 Rashba自旋-轨道耦合 交换场 拓扑量子态

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磁性拓扑绝缘体中的量子反常霍尔效应 被引量：2

18

作者 冯硝 何珂 薛其坤 《哈尔滨工业大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2020年第6期1-11,共11页

量子反常霍尔效应是一种不需要外磁场、具有手性边缘态的量子化霍尔效应,可以用于构建其他新奇量子态和发展未来低功耗电子学器件等.该全新的量子效应于2012年首先由中国科学家在五层Cr掺杂的(Bi,Sb)2Te3拓扑绝缘体薄膜中实现.在过去七... 量子反常霍尔效应是一种不需要外磁场、具有手性边缘态的量子化霍尔效应,可以用于构建其他新奇量子态和发展未来低功耗电子学器件等.该全新的量子效应于2012年首先由中国科学家在五层Cr掺杂的(Bi,Sb)2Te3拓扑绝缘体薄膜中实现.在过去七年间,经过大家的努力,其观测温度从最初的30 mK已经提高到2 K左右,进一步提高量子反常霍尔效应的观测温度是目前该领域主要的研究方向之一,是许多拓扑量子效应走向应用的关键因素.本文主要总结了量子反常霍尔效应研究的实验进展,特别在提高其观测温度方面的研究进展.文章包括四个部分:前两个部分分别介绍磁性掺杂和磁性近邻拓扑绝缘体体系中量子反常霍尔效应研究,第三部分介绍最新发现的内禀磁性拓扑绝缘体体系,最后一部分对设计和构造高温量子反常霍尔效应系统的原理和路线图给出一些建议和展望. 展开更多

关键词 量子反常霍尔效应 拓扑绝缘体 铁磁绝缘体 反铁磁绝缘体 分子束外延

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凝凝聚体中的拓扑量子态 被引量：4

19

作者 金国钧 《物理学进展》 CSCD 北大核心 2019年第6期187-241,共55页

探寻拓扑上非平庸的凝聚体物质状态,特别是其电子结构和输运性质,是当前凝聚体物理学领域非常重要的前沿研究方向。本文讨论的大多数主题都与电子波函数的拓扑性质有关。全文除简短的引言外,包括拓扑量子现象、各种拓扑相、拓扑性准粒... 探寻拓扑上非平庸的凝聚体物质状态,特别是其电子结构和输运性质,是当前凝聚体物理学领域非常重要的前沿研究方向。本文讨论的大多数主题都与电子波函数的拓扑性质有关。全文除简短的引言外,包括拓扑量子现象、各种拓扑相、拓扑性准粒子的异常输运性质、拓扑性集体激发和耦合激发,以及继续发展的拓扑量子态研究五个章节。这些章节着重反映拓扑量子态研究的各个侧面,汇总起来方可以凸显凝聚体中拓扑量子态的全貌。 展开更多

关键词 量子hall效应 BERRY相位 拓扑绝缘体 拓扑半金属 拓扑超导体 Dirac电子 拓扑性激发 量子输运

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磷烯低能有效哈密顿的Berry相位计算研究

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作者 王洋 富笑男 +2 位作者 秦志杰 乔崇 贾瑜 《郑州大学学报（理学版）》 CAS 北大核心 2016年第2期71-73,78,共4页

基于紧束缚近似方法计算磷烯低能有效哈密顿的Berry相位,并与石墨烯的Berry相位进行了对比.研究了外加磁场对磷烯Berry相位的影响,发现可以通过外加磁场调节磷烯的Berry相位,将其数值调节到π的整数倍,因此磷烯也可以通过外加磁场实现... 基于紧束缚近似方法计算磷烯低能有效哈密顿的Berry相位,并与石墨烯的Berry相位进行了对比.研究了外加磁场对磷烯Berry相位的影响,发现可以通过外加磁场调节磷烯的Berry相位,将其数值调节到π的整数倍,因此磷烯也可以通过外加磁场实现整数量子霍尔效应. 展开更多

关键词 贝里相位 磷烯 量子霍尔效应

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