EXPRESS LETTER

Interaction between Surface Acoustic Wave and Quantum Hall Effects

Xiao Liu (刘萧), Mengmeng Wu (吴蒙蒙), Renfei Wang (王任飞), Xinghao Wang (王兴豪), Wenfeng Zhang (张文锋), Yujiang Dong (董昱江), Rui-Rui Du (杜瑞瑞), Yang Liu (刘阳), and Xi Lin (林熙)

Chin. Phys. 2024, 41 (4): 047301

DOI: 10.1088/0256-307X/41/4/047301

文章亮点

北京大学物理学院量子材料科学中心刘阳课题组和林熙课题组合作，实验发现电声子耦合的弛豫模型不适用于强关联体系。与模型预测不同的是，当声波幅度足够低时，声表面波波速随量子霍尔效应增强而单调增加，其衰减也异常增加。与此同时，实验发现声速响应和体系中的电流密度存在线性依赖。

图1. (a) 纵向R_xx电阻随垂直磁场B的变化。(b)和(c)分别为声表面波声速变化η(B) = Δv(B)/v₀和声表面被衰减系数Γ 相对零磁场的变化。在测量过程中，样品的欧姆接触电极接地。

声表面波与量子霍尔效应的相互作用

研究背景

声表面波是一种在材料表面传播的特殊声波模式，可以利用叉指电极进行激励和探测。由于GaAs具有压电性，声表面波会诱导出一个与其同步的压电电场，而电子气会通过屏蔽该压电场与声表面波耦合。通过观测声表面波速度和衰减系数的变化，我们可以探究二维电子系统量子相的变化。根据现有理论，这种通过屏蔽产生的耦合强度和电子系统的压缩率有关。当体系不可压缩时，电子对声波压电场的屏蔽很弱，声速增大。该方法是一种无需接触电极的输运测量技术，其结果反映体态的平均性质。

内容简介

北京大学物理学院量子材料科学中心刘阳课题组优化和改进测量技术，使用的声波在电子系统中诱导的扰动已经显著小于输运电流的干扰和温度涨落，测量灵敏度达到甚至超越了常规电输运技术。博士研究生刘萧与吴蒙蒙合作，利用声表面波技术和电声子耦合研究二维电子系统中的量子相。她们在实验中发现当前的电声子耦合弛豫模型不适用于强关联体系。该模型预测在不可压缩的量子霍尔态上，声表面波波速增大和声表面波的衰减系数应趋向零。与该预测不同，她们观察到当声波幅度足够低时，声表面波波速随量子霍尔效应增强而单调增加，其衰减也异常增加。

研究意义和重要性

研究人员还发现声速响应和体系中的电流密度存在线性依赖，表明电子系统在承载电流时变得更加的不可压缩。本文的平行工作作为Editor’s suggestion发表于《物理评论快报》(Phys. Rev. Lett. 132 076501)。这两项发现对传统理论模型提出了挑战，填补了对于载流子输运机制方面的认识空白，有望推动相关研究的进一步发展。

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