在科研领域，能够在Nature或者在Science期刊上发一篇论文，是许多科研人员的梦想，但有这样一位青年才俊，发Nature、Science发到手软，更是创纪录地接连两次，在8天内连发Nature、Science论文。他就是低维量子材料的大牛——美国华盛顿大学许晓栋教授。

早在2021年11月17日，许晓栋教授以通讯作者在Nature发表题为“Excitons and emergent quantum phenomena in stacked 2D semiconductors”的综述文章，对双层二维半导体材料量子物理领域近年来的关键进展，进行了全面回顾，并为未来发展指明了方向。仅8天之后，许晓栋教授再次以通讯作者在Science发表题为“Direct visualization of magnetic domains and moiré magnetism intwisted 2D magnets”的研究论文，报道了他们在二维磁性材料研究领域的新突破。

历史的这一幕再次上演，2023年6月14日，美国华盛顿大学许晓栋教授在《Nature》杂志上发表了一项重要研究，揭示了双层转角MoTe2中分数量子反常霍尔（FQAH）态的实验特征。仅仅8天之后，2023年6月22日，香港大学姚望教授与华盛顿大学许晓栋教授团队在《Science》在线上发表了题为“Programming correlated magnetic states with gate-controlled moiré geometry”的重要研究论文，引起了学术界的广泛关注。

如此开挂的人生到底是如何练就的呢？
许晓栋，1997年考入中国科学技术大学，2002年获得中国科大本科生最佳优秀论文奖，在科大培养的科研习惯与求知欲为他日后的学术生涯奠定坚实基础。
后来，他追随梦想前往美国密歇根大学攻读博士学位，并拜师著名的量子光学科学家Duncan Steel教授。在密歇根大学的学习生涯中，许晓栋展现出过人的天赋和勤奋，2008年顺利获得博士学位。
紧接着，许晓栋将目光转向康奈尔大学纳米系统中心，在那里进行博士后研究，不断探索量子材料的奥秘。这段经历为他进一步拓展了科研视野和思维，奠定了他未来在华盛顿大学执教的坚实基础。
如今，许晓栋担任华盛顿大学Boeing冠名杰出教授，他和他的团队致力于基于低维量子材料的新型器件物理的研究。他的成就和贡献在该领域内享有盛誉，堪称国际知名学者。
回顾过去，从2001年本科毕业至今，许晓栋已经全身心投入量子材料研究二十余年。
在攻读学位期间，他就表现出非凡的科研功底，在导师的指导下，以第一作者身份在Science和Nature上连续发表了2篇研究论文，并获得数十家国际学术媒体的报道，成为学术界的新星。

不仅如此，2020年，许晓栋荣幸当选美国物理学会会士，这一荣誉更是证明了他在该领域的杰出地位。
通过检索许晓栋教授的主页，我们惊喜地发现他至今已经发表了14篇《Nature》，7篇《Science》，还有几十篇Nature与Science的大子刊和子刊。这些卓越的科研成果为低维量子材料领域的研究开辟了新的道路，为未来的科技发展带来了无限可能。

今天重点讲述许晓栋教授课题组——在8天内接连发表的最新的《Nature》、《Science》成果。
Part1：科学家开启了控制量子基态转换的新途径
2023年6月22日，香港大学姚望教授与华盛顿大学许晓栋教授团队在《Science》在线上发表了题为“Programming correlated magnetic states with gate-controlled moiré geometry”的重要研究论文，引起了学术界的广泛关注。研究报告中介绍了利用栅极开关控制R堆叠MoTe2莫尔双层中电子多体哈密顿量的蜂窝和三角形晶格几何结构，从而实现可切换的磁交换相互作用。
在零电场条件下，研究团队观察到莫尔双层处于相关的铁磁绝缘体状态，并且其磁性居里温度可以广泛调节，最高可达14K。然而，一旦施加电场，系统便转变成一个半填充的三角形晶格，并呈现出反铁磁相互作用。此外，进一步掺杂后，层极化超晶格将反铁磁交换相互作用重新调整为铁磁状态。这一现象的发现为科学家提供了控制基本晶格几何结构的新方法，从而可能实现新兴量子基态之间的转换。该研究成果对未来拓扑结构晶体的工程化具有重要意义，证明了R堆叠MoTe2莫尔在实验室中的潜在应用价值。
Part 2：在双层转角碲化钼MoTe2中，分数量子反常霍尔FQAH态的实验特征
量子反常霍尔态是一种奇异量子态，能在自发对称性破缺和拓扑之间的相互作用下形成。
2023年6月14日，美国华盛顿大学许晓栋教授在《Nature》杂志上发表了一项重要研究，揭示了双层转角MoTe2中分数量子反常霍尔（FQAH）态的实验特征。在电子-电子强相互作用存在的情况下，MoTe2的双层结构在零磁场时可以呈现出分数量子反常霍尔态，表现出整数量子霍尔效应。这些奇异量子态可承载分数激发，包括非阿贝尔任意子，为拓扑量子计算提供关键构建模块。
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研究团队使用磁圆二色性测量，发现在分数空穴填充的MoTe2莫尔微带中存在稳定的铁磁态。通过基于Trion光致发光的传感器，他们获得了Landau Fan图，并显示在施加磁场的情况下，载流子密度呈线性位移，对应于v=-2/3和-3/5时的铁磁态。这些位移的色散与分数量子反常霍尔态的Streda公式相匹配，其分数量子化霍尔电导为图片和图片。
除此之外，研究还观察到对应于陈数为-1的色散，表现为v=-1态，与预测的量子反常霍尔态一致。而在电子掺杂侧的几个非铁磁态则不呈现色散，即是平凡的相关绝缘体。实验还证实，这些拓扑状态可以通过电驱动的方式转变为拓扑平凡态。
这项研究为寻找分数量子反常霍尔态提供了实验证据，同时也展示了MoTe2莫尔的Moiré超晶格作为探索分数激发的有力平台。这一发现有望为未来拓扑量子计算和量子信息处理领域带来重要的进展。