在偶分母分數(shù)量子霍爾系統(tǒng)中,非阿貝爾任意子的位置交換,會以拓撲保護的方式影響系統(tǒng)量子態(tài)。通過干涉實驗,可直接研究獨特的統(tǒng)計性質(zhì),這為在偶分母分數(shù)量子霍爾系統(tǒng)中,觀測預(yù)期表征提供了契機。
近日,以色列魏茨曼科學(xué)研究所Jehyun Kim, Himanshu Dev,Yuval Ronen等在Nature上發(fā)文,利用法布里-珀羅干涉技術(shù),基于高遷移率雙層石墨烯的范德華異質(zhì)結(jié)構(gòu)中,觀測到了兩個偶分母分數(shù)量子霍爾態(tài)的相干阿哈羅諾夫-玻姆干涉。
通過在恒定填充因子下運行干涉儀,實驗觀察到了干涉環(huán)內(nèi),磁通量子數(shù)為二的振蕩周期ΔΦ = 2Φ?,該干涉并不攜帶非阿貝爾統(tǒng)計特征。預(yù)期ΔΦ = 4Φ?周期性的缺失,可能表明干涉準(zhǔn)粒子攜帶電荷e* = ?e,或 e* = ?e準(zhǔn)粒子的干涉被熱效應(yīng)模糊。在兩個空穴共軛態(tài)中,同樣觀測到了預(yù)期值一半的振蕩周期,表明該處發(fā)生的是 e* = ?e準(zhǔn)粒子干涉而非e* = ?e準(zhǔn)粒子干涉。
為了探究統(tǒng)計相位貢獻,通過控制填充因子偏離值運行法布里-珀羅干涉儀,從而在干涉環(huán)內(nèi),引入分數(shù)量子化準(zhǔn)粒子。兩個半填充態(tài)干涉圖樣的變化均表明,額外引入的體準(zhǔn)粒子攜帶基本電荷e* = ?e,這符合非阿貝爾任意子的理論預(yù)期。
![]()
Aharonov–Bohm interference in even-denominator fractional quantum Hall states.
偶分母分數(shù)量子霍爾態(tài)中的阿哈羅諾夫-玻姆干涉。
![]()
圖1|基于雙層石墨烯的法布里-珀羅干涉儀結(jié)構(gòu)。
![]()
圖2|偶分母阿哈羅諾夫-玻姆干涉。
![]()
圖3|不同分數(shù)量子霍爾態(tài)中,e* = νLLe準(zhǔn)粒子的量子干涉
![]()
圖4|分數(shù)量子化準(zhǔn)粒子干涉中的統(tǒng)計相位貢獻。
實驗采用高遷移率范德華異質(zhì)結(jié),以雙層石墨烯為活性二維層,上下分別封裝六方氮化硼(hBN)作為介電層,最外側(cè)為石墨柵極,形成“三明治”結(jié)構(gòu)。通過電子束光刻與反應(yīng)離子蝕刻技術(shù)制備了寬度僅40納米的柵極溝道,構(gòu)建了由八個獨立柵極調(diào)控的Fabry–Pérot干涉儀。在10 mK超低溫和12 T強磁場下運行,通過精密調(diào)控柵極電壓與磁場,實現(xiàn)Aharonov–Bohm干涉與統(tǒng)計相位測量。
文獻鏈接
Kim, J., Dev, H., Shaer, A. et al. Aharonov–Bohm interference in even-denominator fractional quantum Hall states. Nature649, 323–329 (2026). https://doi.org/10.1038/s41586-025-09891-2
本文譯自Nature。
來源:今日新材料
特別聲明:以上內(nèi)容(如有圖片或視頻亦包括在內(nèi))為自媒體平臺“網(wǎng)易號”用戶上傳并發(fā)布,本平臺僅提供信息存儲服務(wù)。
Notice: The content above (including the pictures and videos if any) is uploaded and posted by a user of NetEase Hao, which is a social media platform and only provides information storage services.