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团队，在双层堆叠二维材料领域中取得了重大突破，揭示了以前未知的物质状态——分数量子霍尔效应。这种效应源于层内和层间电子的复杂相互作用。

该研究团队的物理学助理教授李佳解释道：“研究结果表明，将二维材料紧密堆叠在一起会产生全新的物理效应。”这一发现与哥伦比亚大学的物理学教授科里迪恩、机械工程学教授吉姆霍恩等人的研究紧密合作达成。李佳还指出，“在材料工程方面，这项工作表明这些分层系统可用于创造利用这些新量子霍尔状态的新型电子器件。”这项成果被发表在了著名的“自然物理学”杂志上。

吉姆霍恩教授指出，这些新的量子霍尔态中的一些“可能在制造容错量子计算机方面发挥重要作用”。霍尔效应是一种物理现象，当磁场垂直于电流方向施加到导电材料上时，会产生横向电压，称为霍尔电压。当磁场强度增加时，霍尔电压的强度也随之增加。几年前，研究人员在接近绝对零度且具有非常强的磁场的条件下，发现了分数量子霍尔效应。这一重大发现后来获得了诺贝尔奖的认可。

近期的研究更进一步，该研究团队在双层结构上进行研究，并观察到一些前所未有的现象。他们认为两层之间的相互作用会产生新型复合费米子，但这一现象在实验中从未被观察到。实验结果显示出令人难以置信的多功能性，将器件结构的极限推向了新的水平。该团队采用原子级平面二维材料制造超洁净器件，其结构核心由两个层组成，并由六方氮化硼薄层作为绝缘屏障隔开。整个结构暴露在强磁场中，产生了一系列分数量子霍尔态。除了预期的复合费米子模型外，还观察到了一些无法解释的新特征。这些新状态是由复合费米子之间的配对造成的。相邻层复合费米子和同层内复合费米子的配对相互作用产生了各种新的量子现象，使双层结构成为令人兴奋的研究平台。这项研究开启了对量子物理学新领域的大门。该团队在未知的同时取得了巨大的进展，为未来科技的进步铺平了道路。目前这一领域的科学家们信心满满地朝着更深入的物理研究前进。“除了对复合费米子的深入研究外，”吉姆霍恩教授补充道，“我们发现的新状态中有一些可能承载非阿贝尔波函数，这些新状态有望对量子计算机的发展产生重大影响。”非阿贝尔态中电子的特殊性质可能使量子计算机不再需要纠错机制，这是当前量子计算机领域面临的主要挑战之一。“这是三十年来首批非阿贝尔态的新候选者，”迪恩教授兴奋地说，“从我们的实验中发现新的物理现象是令人振奋的。”这项突破性的研究将为我们解锁全新的科技领域并带来深远的影响。