“研究揭示了双层石墨烯中的奇异量子态”

来自布朗大学和哥伦比亚大学的研究者说明了出现在双层叠层石墨烯(二维纳米材料)上的以前不为人知的物质的状态。 这些被称为分数量子霍尔效应的新状态来自石墨烯层内部和之间的电子的许多异质相互作用。

研究结果表明，紧密堆积2d材料将产生新的物理效果。 布朗的物理学助理教授贾利说他从事的是哥伦比亚大学的物理学教授和物理学教授柯里丁的博士后。 jim hone，机械工程学教授。 在材料工程方面，这些分层系统表明可以用于利用这些新的量子霍尔状态创造新的电子仪器。

这项研究发表在自然物理学杂志上。

重要的是，哥伦比亚工程企业机械工程教授hone、wang fong-jen表示，其中几个新的量子霍尔国家在制造容错量子计算机时可能会有所帮助。

在与电流垂直的方向上向导电材料施加磁场，就会出现霍尔效应。 磁场使电流偏转，在横向上产生电压，称为霍尔电压。 霍尔电压的强度随磁场强度的增加而增加。 霍尔效应的量子版本最初是1980年在低温和强磁场下进行的实验中发现的。 实验表明，霍尔电压不是磁场强度平滑增加，而是阶段性(或定量)增加。 这些步骤是自然基本常数的整数倍，同时完全独立于实验使用的材料的物理组成。 这个发现获得了1985年诺贝尔物理学奖。

几年后，研究人员在接近绝对零度、具有非常强磁场的温度下工作，发现了霍尔电压中的量子步长与分数对应的新的量子霍尔状态。 因为这被称为分数量子霍尔效应。 分数量子霍尔效应的发现在1998年获得了另一个诺奖。 理论家认为，分数量子霍尔效应与被称为复合费米粒子的准粒子的形成有关。 在这种状态下，各个电子与一定量的磁通结合形成复合费米粒子，承载一部分电子电荷，产生霍尔电压的分数值。

复合费米粒子理论成功地解释了无数在单量子阱系统中备受瞩目的现象。 在这项新的研究中，为了研究两个量子阱接近时会发生什么，使用了双重石墨烯。 理论上认为两层间的相互作用会产生新的复合费米粒子，但是在实验中没有注意到这一点。

在实验中，该团队根据哥伦比亚大学多年的业务提高了石墨烯设备的质量，并完全使用原子级平面2d材料制造了超清洁设备。 该结构的核心由被绝缘阻挡层六方氮化硼薄层隔开的两个石墨烯层组成。 双层结构以六方氮化硼为保护绝缘体密封，以石墨为导电栅极改变通道中的电荷载流子密度。

再次，石墨烯令人难以置信的多功能性将器件结构的边界推向了前所未有的高度。 哥伦比亚大学的物理学教授迪恩说。 通过制作这些设备的精度和可调性，现在可以搜索最近被认为完全无法访问的整个物理行业。

而且石墨烯结构暴露在强磁场中。 比地球的磁场强几百万倍。 该研究产生了一系列的分数量子霍尔态，其中一点与复合费米粒子模型具有很好的一致性，另一点从未被预测或看到过。

除了层间复合费米粒子外，还关注了复合费米粒子模型无法解释的其他特征，该报的共同第一作者、哥伦比亚大学的博士后研究者施勤辉介绍道。 更仔细的研究表明，这些新状态是由复合费米子之间的配对引起的。 邻接层间和同一层内的配对相互作用会产生各种新的量子现象，将双重石墨烯作为兴奋的平台学习。

特别值得一提的是，hone先生表示，几个新的州可能存在阿贝尔以外的波函数。 这些国家不太适合以前流传下来的复合费米粒子模型。 在阿贝尔以外的状态下，电子对彼此保持过去位置的记忆。 这有助于实现不需要纠错的量子计算机，这是目前行业的首要障碍。

这是30年来非阿贝尔国家的第一位新候选人，迪恩说。 看到我们的实验中出现了新的物理，真的很兴奋。