27. Mai 2021

Quanten-Hall-Effekt und die dritte Dimension

Der quasi-quantisierte Hall-Effekt ist ein dreidimensionaler Verwandter des Quanten-Hall-Effekts in zwei dimensionalen Systemen.

Der Quanten-Hall-Effekt spielt traditionell nur in zweidimensionalen Elektronensystemen eine Rolle. Kürzlich jedoch wurde eine dreidimensionale Version des Quanten-Hall-Effekts im Dirac-Halbmetall ZrTe5 beschrieben. Es wurde vorgeschlagen, dass diese Version aus einer magnetfeldinduzierten Fermi-Oberflächeninstabilität resultiert, die das ursprünglich drei-dimensionale Elektronensystem in einen Stapel von zwei-dimensionalen Elektronensystemen umwandelt. Jetzt haben Wissenschaftler am Max-Planck-Institut für Chemische Physik fester Stoffe in Dresden, an der Technischen Universität Dresden, am Brookhaven National Laboratory in New York, am Helmholtz-Zentrum Dresden-Rossendorf, dem Max-Planck-Institut für Mikrostrukturphysik in Halle und am Würzburg-Dresden Cluster of Excellence ct.qmat zeigen können, dass das Elektronensystem von ZrTe5 entgegen der ursprünglichen Erklärung auch im Magnetfeld drei-dimensional bleibt und, dass die quasi-Quantisierung des Hall-Effekts trotzdem direkt mit Quanten-Hall-Physik verknüpft ist.


Universell auch für konventionelle Metalle

Die Erkenntnisse aus der Studie über Quanten-Hall-Physik in der dritten Dimension lassen sich universell auf konventionale Metalle übertragen und versprechen eine einheitliche Erklärung der in der Vergangenheit oft rätselhaften Plateaus, die bei Hall-Messungen in vielen drei-dimensionalen Materialien beobachtet worden sind. Darüber hinaus kann das Konzept direkt angewendet werden, um den zwei-dimensionalen Quanten-Anomalen-Hall-Effekt auf generische drei-dimensionale Magnete zu verallgemeinern. Die Ergebnisse wurden in Nature Communications publiziert.
-> Zur News des Max-Planck-Instituts CPfS.


Grafik ©Max-Planck-Instituts CPfS: Spezifischer Hall-Widerstand als Funktion des angelegten Magnetfeldes bei einer Temperatur von 2 K in Einheiten des Planck’schen Wirkungsquantums h, der Elementarladung e und dem Fermiwellenvektor entlang des angelegten Magnetfeldes kF,z. Links oben zeigt eine Skizze der Probe. Rechts unten ist die drei-dimensionale Fermifläche der Elektronen in ZrTe5 dargestellt.

Das könnte Sie auch interessieren

29. Jul 2021

HZDR-Team forscht an Luftreinigungskonzepten zur Virenverminderung

Volle Klassenzimmer, Fahrten mit dem öffentlichen Personennahverkehr, entspanntes Shoppen in Einkaufszentren – all dies ist angesichts der Corona-Pandemie nicht mehr…

WEITERLESEN

30. Nov 2020

Akkutechnologie für Elektroautos mit Reichweite

HZDR-Ausgründung NorcSi GmbH entwickelt Silizium-Elektroden für Akkus mit höherer Speicherkapazität Mit dem Ausbau der erneuerbaren Energien und der zunehmenden Elektromobilität…

WEITERLESEN

17. Jun 2017

TU Dresden, Institute of Textile Machinery…

The Institute of Textile Machinery and High Performance Material Technology (ITM) at TU Dresden is one of the globally leading…

WEITERLESEN