近日，北京量子信息科学研究院（以下简称“量子院”）低维量子材料团队联合加州大学洛杉矶分校等，开展了量子反常霍尔绝缘体的低温电输运研究，并观测到普适电导涨落这一介观输运行为。2025年12月29日，相关研究成果以“量子反常霍尔绝缘体中的普适电导涨落”（Universal Conductance Fluctuations in Quantum Anomalous Hall Insulators）为题发表于《先进材料》（Advanced Materials）。

量子反常霍尔绝缘体因其新奇的拓扑量子特性，在低能耗电子元器件和量子计量学等领域具有广阔的应用前景，因而受到广泛关注。这些应用的最终实现高度依赖于具体的量子器件，而这些器件的尺度为介观尺度。关于量子反常霍尔绝缘体的研究，目前大多聚焦于宏观样品；当系统尺寸从宏观向介观转变时，其电输运行为会发生显著改变。相较于宏观样品，量子反常霍尔绝缘体在介观尺度下的输运特性研究目前仍然相对较少。

研究团队通过分子束外延技术生长了磁性掺杂拓扑绝缘体Cr掺杂(Bi, Sb)₂Te₃，并在低温下实现了量子反常霍尔效应（图1a）。通过微纳加工技术，研究团队制备了不同尺寸的Hall bar器件。实验结果表明，在宽度为500和200微米的器件中，两端电导呈现出量子化平台，符合宏观量子反常霍尔绝缘体的输运行为；然而，随着器件尺寸缩小，在100和50微米的器件中，两端电导呈现出非周期性、可重复的涨落特征，即普适电导涨落（图1b）。该现象源于电子在样品的无序势中经历多重散射时，不同路径之间发生量子干涉。随着磁场的改变，其相位发生变化，从而产生对电导的修正，修正的周期由干涉路径所包围的面积决定。在宏观样品中，受到相干长度的限制，不同干涉路径造成的涨落相互抵消；而当样品尺寸与相干长度可比拟时，这种量子干涉行为将在电输运上产生可观测的效应。研究团队进一步分析发现，量子反常霍尔绝缘体中的电导涨落由两部分构成，分别源于体态和边缘态的干涉，且两者在特征频率和温度依赖关系上表现出显著差异。这一发现揭示了介观尺度量子反常霍尔绝缘体独特的输运行为，为其在量子计量学和低能耗电子学器件中的潜在应用提供基础。

该论文第一作者为量子院邓鹏副研究员，通讯作者为量子院邓鹏副研究员、冯洋副研究员、常凯研究员和加州大学洛杉矶分校Kang L. Wang教授。文章合作者还包括量子院崔文强助理研究员、明尼苏达大学双城分校Gang Qiu教授、普渡大学Peide D. Ye教授等。该工作获得国家科技重大专项、国家自然科学基金、北京市自然科学基金和北京市科技计划等项目的支持。