电子磁通量子串形成量子超流体 量子超流体对QHE的解释 j为整数的二维电子和磁遁量子辛,相互排斥 前面遗留的两个问题现在可以解释 (关联形成一种不可压缩的量子流体 基态和激发态之间存在能隙, Landau能级间隔 ·量子超流体没有散射:量子超流体就好象是一 在极低温下,超流体粒子不能获足够的能量跃 济满粒子的非常狭窄的遁道,所有粒子只能 迁到激发态,但低能态又全被占滿,无处 起行动,要么都往前,要么都往后走。因此就 根本没有碰撞和散射没有阻尼机制 射,所以沿电场方向电阻R、=0,对应p平台 ·没有同样配对的电子和磁遁形成准粒子或峡 ·磁场增加,开始礅坏超流态,达到一定程度 后,不再有超流态性质,霍尔电阻平台被破坏 陷,受其他超流体排斥,是局城的 j为整数时,这幡图象比较简单 ·这种准粒子或缺陷只有积系到一定程度,才会 纵向电阻为零得到了解释 攻坏超流体状态 平台的数值与 von klitzing常撒的关系也得到了解释 mp:/a.45.24.132/chey 体学 即加452432/iche c体理学 7、分数量子霍尔效应的解释 不可压缩量子超流体 ·当为分数,怎么解释呢? ·这样的圆饼箭头串形成不可压缩量子流体,称 ·强磁场,低载流子浓度才能观察到!从雕通的 为量子超流体 喜这季由于电子密度小于密度如 这种量子超流体的状态与填充因子南关 1/3,还有2/3空着 缩一个系純,等于改变电子密度,改变j当 ·思考:分敷霍尔电阻平台是否意咪着同一 面积和職场新固定时,这样的改变都要改变能 Landau能级里还有空隙? 量,有空隙的存在 ·先看为分数时的磁 遁量子和电子串图 ·这时,可以看成几 雕通穿一个电子 中T 物学 种即加4524B32- Fache 体理学 量子超流体状态在外场下如何变化? 为什么量子超流体中有缺陷? ·并不总是正好所有的电子分配到同样的磁遁 李是想流体*士:画, 超流子都是 学努满个量3这就是子m志 变,才使超流体发生变 化,观察的霍尔电阻才会发生改变 芣经号妥滑手这建子个只m冠陷 但当磁融场增加戴减少,磁通量变而电子敷不变 时,不会立即改变整个量子超流体的状态 出现有些國饼(电 体会排斥它使它 箭头(敬 遁),或有些箭头(磁遁)没有圆饼(电子) 这样的缺陷。这样的缺陷积多了,达到一定 程度,整个系就不再是量子超流体,纵向电 阻不为零,霍尔电阻发生改变 ·栅电压变化时,改变电子数,结果也一样 种p45.2432/ gche 体是学 http:/10.45.24.132/-igchey 体物理学5 http://10.45.24.132/~jgche/ 固体物理学 25 电子-磁通量子串形成量子超流体 • j为整数的二维电子和磁通量子串，相互排斥 (关联)形成一种不可压缩的量子流体 • 量子超流体没有散射：量子超流体就好象是一 挤满粒子的非常狭窄的通道，所有粒子只能一 起行动，要么都往前，要么都往后走。因此就 根本没有碰撞和散射——没有阻尼机制 • 没有同样配对的电子和磁通形成准粒子或缺 陷，受其他超流体排斥，是局域的 • 这种准粒子或缺陷只有积累到一定程度，才会 破坏超流体状态 http://10.45.24.132/~jgche/ 固体物理学 26 量子超流体对IQHE的解释 • 前面遗留的两个问题现在可以解释 • 基态和激发态之间存在能隙，Landau能级间隔 • 在极低温下，超流体粒子不能获足够的能量跃 迁到激发态，但低能态又全被占满，无处可 去，挤在一起，形成所谓的超流， 不会受散 射，所以沿电场方向电阻Rxx=0，对应ρH平台 • 磁场增加，开始破坏超流态，达到一定程度 后，不再有超流态性质，霍尔电阻平台被破坏 • j为整数时，这幅图象比较简单 * 纵向电阻为零得到了解释 * 平台的数值与von Klitzing常数的关系也得到了解释 http://10.45.24.132/~jgche/ 固体物理学 27 7、分数量子霍尔效应的解释 • 当j为分数，怎么解释呢？ • 强磁场，低载流子浓度才能观察到！从磁通的 观点这是由于电子密度小于磁通密度，如此， 填充因子是分数。Landau能级被占了比如 1/3，还有2/3空着 • 思考：分数霍尔电阻平台是否意味着同一 Landau能级里还有空隙？ • 先看j为分数时的磁 通量子和电子串图 • 这时，可以看成几个 磁通穿一个电子，这 里j=1/3 http://10.45.24.132/~jgche/ 固体物理学 28 不可压缩量子超流体 • 这样的圆饼箭头串形成不可压缩量子流体，称 为量子超流体 • 这种量子超流体的状态与填充因子j有关 • 压缩一个系统，等于改变电子密度，改变j。当 面积和磁场都固定时，这样的改变都要改变能 量，有空隙的存在 http://10.45.24.132/~jgche/ 固体物理学 29 量子超流体状态在外场下如何变化？ • 需要解释量子超流体如何变化。显然，填充因 子j是一个表示超流体状态的量。因为，这时所 有超流子都是j。如j改变，才使超流体发生变 化，观察的霍尔电阻才会发生改变 • 但当磁场增加或减少，磁通量变而电子数不变 时，不会立即改变整个量子超流体的状态。这 时，会出现有些圆饼（电子）少一个箭头（磁 通），或有些箭头（磁通）没有圆饼（电子） 这样的缺陷。这样的缺陷积累多了，达到一定 程度，整个系统就不再是量子超流体，纵向电 阻不为零，霍尔电阻发生改变 • 栅电压变化时，改变电子数，结果也一样 http://10.45.24.132/~jgche/ 固体物理学 30 为什么量子超流体中有缺陷？ • 并不总是正好所有的电子分配到同样的磁通 * 当正好都是三个磁通量子配一个电子，而有一个电 子只分配到两个磁通量子，这就是一个j=1/3态缺陷 * 当正好都是三个磁通量子配一个电子，可能只有一 个磁通量子没有任何电子，这也是一个j=1/3态缺陷 • 准粒子 * 由于缺陷的能量稍高，附近的超流体会排斥它使它 孤立出来，其余部分仍保留超流体性质 * 孤立出来的缺陷也可以流动，有自己的动量，能 量，称为准粒子，占据准粒子能级 * 准粒子带电量这样考虑：对少一个磁通量子而言， 相当于多了-1/3e的电量，而对多一个磁通量子而 言，则少了1/3e的电量，这就是准粒子带有的电量