“研究揭示了双层石墨烯中的奇异量子态”

布朗大学和哥伦比亚大学的研究者们说明了在双重层压石墨(二维纳米材料)中出现的以前未知的物质状态。 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材料将产生全新的物理效果。 布朗的物理学助理教授贾利说，他在哥伦比亚大学的物理学教授和物理学教授科林丁的博士后工作。 吉姆洪，机械工程教授。 在材料工程方面，这项事业表明，这些分层系统可以用于利用这些新的量子霍尔态创造新的电子设备。

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。 通过磁场使电流偏转，在横向上产生电压的现象称为霍尔电压。 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，霍尔电压不是随着磁场强度平滑增加，而是以阶段性(或定量)的方法增加。 这些步骤是自然基本常数的整数倍，同时完全独立于实验所用材料的物理组成。 这个发现被授予了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，发现了新的量子霍尔状态。 其中霍尔电压中的量子阶与分数相对应，因此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。 理论家后来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，它携带电子的一部分电荷，产生霍尔电压的分数。

复合费米粒子理论成功地解释了在单一量子阱系统中发现的无数现象。 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，采用了双重石墨烯。 理论上认为，两层之间的相互作用会产生新的复合费米粒子，但这在实验中从未被注意到。

实验根据哥伦比亚大学多年的实际工作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。 该结构的中心由被作为绝缘屏障的六方晶氮化硼薄层隔开的两个石墨烯层构成。 双重结构将六方晶氮化硼作为保护绝缘体封装，以石墨作为导电栅极改变沟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设备结构的局限性提升到了前所未有的水平。 哥伦比亚大学的物理学教授迪恩说。 通过创建这些设备的精度和可调整性，现在可以搜索最近被认为无法完全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，其中一个与复合费米粒子模型显示了很好的一致性，另一个从未被预测或看到过。

除了层间复合费米粒子以外，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、哥伦比亚大学博士后研究员施勤辉说。 更详细的研究表明，我们惊讶的是，这些新状态是由复合费米粒子之间的配对引起的。 邻接层之间在同一层内的配对相互作用产生了各种新的量子现象，双石墨烯成为了令人兴奋的平台学习。

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

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

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