超硬材料国家重点实验室刘洪武教授课题组最新研究成果在《自然通讯》发表

近日，吉林大学超硬材料国家重点实验室刘洪武教授课题组最新研究成果发布。该项研究所取得的系列原创性成果不仅对在新奇量子态探测方面发挥着无可替代作用的RDNMR技术的物理机制探讨及其进一步发展具有重要意义，而且开启了边缘态手性在核自旋电子学应用的大门。

项目研究成果文章《手性量子霍尔边缘态在核自旋极化过程中的作用》(Role of chiral quantum Hall edge states in nuclear spin polarization)于4月20日在《自然通讯》上发表。文章第一作者杨凯锋副教授，曾任日本东北大学物理系助教，于2015年作为学术骨干引进超硬材料国家重点实验室。通讯作者刘洪武教授，曾任日本东北大学物理系副教授、日本电信物性基础研究所客座教授、JST研究员。项目开展过程中，样品生长和器件制备方面得到了美国俄克拉荷马大学Santos教授和日本东北大学平山教授的大力支持。

刘洪武教授课题组通过具有超高灵敏度的电阻式核磁共振(RDNMR)测量技术首次揭示了边缘态手性在核自旋极化过程中同样起着至关重要的作用。他们首先利用倾斜磁场方法成功实现了对锑化铟量子阱量子霍尔铁磁态(QHF)的RDNMR测量(2016年获美国发明专利)。该方法巧妙将手性边缘态“缠绕”在具有能量相近但电子自旋极化相反的两个磁畴，实现了边缘态间散射诱导的动态核极化(DNP)。随后通过对具有边缘态的霍尔条形样品和无边缘态的Corbino圆盘样品RDNMR信号的对比研究，获悉了QHF体态和边缘态各自对DNP所起的作用并设计消除了体态影响，进而清晰展示了边缘态手性对DNP的独特作用。特别是利用手性特性实现了当前最高温度(6K)的RDNMR测量以及首次观测到RDNMR信号的对易关系，并依此提出了对该领域一直悬而未决的异常RDNMR色散信号机制的全新理解。

此外，刘洪武教授与加拿大渥太华大学Hawrylak教授合作提出的利用QHF畴壁态调控核自旋极化的新机制以“Manipulation of a nuclear spin by a magnetic domain wall in a quantum Hall ferromagnet”为题发表在《自然》旗下的开源期刊《科学报告》上。刘洪武教授受邀作为会议委员参加即将于5月在韩国举办的“Spin Dynamics”国际会议，并做研究报告。

　　背景资料：

　　量子霍尔效应(QHE)

是二十世纪最重要的物理发现之一，该领域研究曾于1985年和1998年两度获得诺贝尔物理学奖。1982年美国物理学家戴维·索利斯首次将拓扑这一数学概念引入QHE，揭示了其整数倍电导率是一些材料与生俱来的拓扑性质(他获颁2016年诺贝尔物理学奖的重要贡献之一)。拓扑上QHE霍尔条形样品内外不同拓扑态相变赋予边界电子无耗散流动特性。

　　手性边缘态

物理上外界磁场引起的时间反演对称破缺阻断了边界电子背散射路径，使其只能单向无耗散流动且方向取决于磁场取向，形成手性边缘态。边缘态手性模型近期还直接促成了对拓扑绝缘体的发现。由于此类材料可实现零磁场下边缘态电子的无耗散流动而具有重大应用价值，因此成为当前凝聚态物理研究的热点。迄今，边缘态手性在量子体系电子输运过程中扮演的重要角色已广为人知。