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实验室简介
半导体异质结结构不连续的能带结构会在界面处构成势阱，并在界面束缚大量的电子形成一个薄层。电子在垂直于界面方向的运动被势阱束缚而被量子化，而其平行于表面的运动仍然是自由的。这样的电子薄层被称为二维电子气（2DEG）。二维电子气的物理性质完全由电子的动能以及电子间库仑作用力所决定，并在强磁场的作用下呈现出一系列新颖的量子态。其中包括整数量子霍尔效应（Integer Quantum Hall Effect, IQHE, Klaus von Klitzing, et al. Nobel Physics,1985），分数量子霍尔效应（Fractional Quantum Hall Effect, FQHE,崔琦, et al. Nobel Physics, 1998），Wigner晶体，电荷密度波等等。研究的主要内容将是探索这些量子态的物理特性以及单电子波函数的精细结构对这些量子态的影响。
分数量子霍尔效应是二维电子气展现的一种独特的多体量子态(many-body quantum state)。这种稳定的量子态完全由电子之间的相互作用引入。它的內在禀赋蕴含在电子与电子之间的相对拓扑结构。现有的实验和理论研究认为该量子态由Pfaffian波函数描述，其准粒子满足非阿贝尔统计特性，可以用于拓扑量子计算。由于二维系统在平面内有微小的变化，在相变点附近，具有不同赝自旋的分数量子霍尔态可以被稳定在不同的区域内。希望研究区域之间的边界线附近的赝自旋结构以及电子的跨边界运动性质，探索对量子霍尔态拓扑结构的测量和操作，从而在将来展开对拓扑量子计算的研究。
在常见半导体(比如Si，Ge，GaAs，AlAs等)中，电子能级来源于原子的s-轨道，因此二维电子气具有相对简单的色散和自旋结构以及朗道能级波函数。研究的一个重心会集中在二维空穴材料中量子态及其相变，特别是系统性的探索强自旋轨道耦合导致的自旋相关物理现象。希望我的实验研究能够发现并理解自旋轨道耦合系统中复杂的物理现象， 拓展对该类型系统中量子态进行精确操控的能力。
代表性科研成果：
- 在国际上首次实验发现复合费米子的Wigner晶体。
- 在国际上首次完成GaAs宽量子阱中的SU(4)对称性相关实验观测。
- 在国际上首先用实验方法实现了对Wigner晶体晶体结构的检测。
- 在国际上首次实验发现空穴系统中最低朗道能级的交错并对相关量子态展开实验。
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