普通的半導(dǎo)體材料二維電子氣的霍爾溝道在外磁場(chǎng)下會(huì)展現(xiàn)整數(shù)量子霍爾效應(yīng)。其物理起源是洛倫茲力導(dǎo)致溝道邊緣附近出現(xiàn)具有金屬特性的邊緣態(tài)。反轉(zhuǎn)能帶的半導(dǎo)體材料HgTe二維電子氣霍爾溝道甚至無外磁場(chǎng)時(shí)其邊緣也會(huì)呈現(xiàn)出金屬態(tài)特性，即量子自旋霍爾效應(yīng)。這項(xiàng)工作被評(píng)為2007年度十大科學(xué)進(jìn)展之一，獲得了2010年度歐洲物理學(xué)獎(jiǎng)。
這種類金屬的邊緣態(tài)具有令人驚奇的自旋極化的特性，且由于時(shí)間反演對(duì)稱性的保護(hù)，不容易受到破壞。如何利用外場(chǎng)，特別是電場(chǎng)來調(diào)控邊緣態(tài)的自旋輸運(yùn)是目前國(guó)際上理論和實(shí)驗(yàn)都十分感興趣的問題。
在國(guó)家基金委和中科院創(chuàng)新工程的支持下，中科院半導(dǎo)體研究所常凱研究員和張樂波博士、程芳博士與浙江師范大學(xué)物理系翟峰教授合作，從理論上提出可以利用量子點(diǎn)接觸全電地控制HgTe二維電子氣霍爾溝道中邊緣態(tài)的輸運(yùn)。通過改變量子點(diǎn)接觸柵極上的電壓，可以增強(qiáng)或減弱邊緣態(tài)之間的耦合，從而阻斷和導(dǎo)通溝道的導(dǎo)電行為，控制拓?fù)溥吘墤B(tài)的輸運(yùn)。
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