【摘要】 2013年，薛其坤课题组将磁性成功引入到拓扑绝缘体，研究表明样品的霍尔电阻最大才达到6.1 kΩ，只能说它具有超常大的反常霍尔效应，距实现量子反常霍尔效应还有一段距离。

2013年，薛其坤课题组将磁性成功引入到拓扑绝缘体，研究表明样品的霍尔电阻最大才达到6.1 kΩ，只能说它具有超常大的反常霍尔效应，距实现量子反常霍尔效应还有一段距离。之后，利用分子束外延法制备了Cr掺杂的磁性拓扑绝缘体薄膜，首次在极低温(30 mK)的条件下观察到了量子反常霍尔效应。

高精度的测量通常需要使用大约10 μA的大电流，为实现电阻的标准应用，量子反常霍尔效应态在施加电流时能保持稳定性非常重要。基于这个问题，研究人员通过MBE在InP(111)表面生长Cr0.1(Bi0.22Sb0.28)1.9Te3,探究在40 mK下，量子反常霍尔效应的稳定性随电流的变化。量子霍尔效应击穿的突然跳跃归因于在大霍尔电场下量子霍尔效应状态的热不稳定性。与GaAs或石墨烯中的2D电子系统不同，磁性拓扑绝缘体薄膜的表面状态具有较短的散射时间，会阻止表面电子获得较大的动能以免引起突变，虽然这个实验在极低的观察温度下直接看到量子反常霍尔效应对电流的稳定性很差，但直接测量电流的稳定性并与量子霍尔效应做比较将会为实现零场电阻标准应用提供定量的认识。

量子霍尔电导通常被认为可以从上下表面处有间隙的三维磁拓扑绝缘体中得到。此外，如果适当调整交换场强度和薄膜厚度，使更高的子带参与到能带的拓扑转变中，原则上可以实现可调的陈量子反常霍尔效应。但是样品的厚度超过二维杂化厚度(>6 QL)时，体电导的提高会使量子反常霍尔效应的观察受阻

Cr掺杂的拓扑绝缘体体系中观察量子反常霍尔效应的温度一般低于100 mK，比居里温度低两个数量级。Mogi等认为造成量子反常霍尔效应较低的观测温度可能是来源于以下几点：(1)表面狄拉克电子与掺杂的磁矩耦合不均匀；(2)Bi/Sb与Cr的不均匀性使体内存在寄生电导。问题(1)会导致表面态的磁质量间隙空间波动，这已被扫描隧穿光谱证实。这个波动会减少有效间隙量级，因此QAH态很容易被电学观察时产生的热激发打破。问题(2)会产生剩余纵向电阻，该残余的纵向电阻源自于当富Cr掺杂到(Bi, Sb)2Te3时与耗散的体导电通道的混合，因此富Cr掺杂的单层并不是最佳实现高温量子反常霍尔效应的平台。

 

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