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當石墨烯遇到石墨烯時,物理學家發現了全新的量子態

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當石墨烯遇到石墨烯時,物理學家發現了全新的量子態

發布日期:2019-07-04 作者: 點擊:

  多年來,超薄的“神奇材料”石墨烯以其驚人的性能撼動了科學界,但當你將這種二維納米材料與自身疊加起來時,事情就變得非常有趣了。


  在新的實驗中,美國物理學家發現,當石墨烯被組裝成雙層垂直堆疊時——相鄰的兩層材料幾乎是相互接觸的——這種接近會產生前所未有的量子態。 這些新測量的狀態,是由兩個石墨烯層之間電子的復雜相互作用產生的,是所謂的分數量子霍爾效應的例子——這只是物理學在材料只占二維空間時變得多么怪異的最新例子。


  布朗大學的物理學家賈力說:“研究結果表明,將二維材料緊密堆積在一起會產生全新的物理現象。”就材料工程學而言,這項研究表明,這些分層系統可以創造出利用這些量子霍爾態的新型電子設備。 這項新發現的根源可以追溯到大約140年前,當時科學家們首次發現了后來被稱為霍爾效應的現象:磁場的存在會使電壓發生偏轉。由于霍爾效應,這種所謂的霍爾電壓沿橫向運行,當磁場變得更強時,霍爾效應被放大。


  大約一個世紀后,物理學家觀察到一個相關的現象,量子霍爾效應,這在二維電子系統中可見——包括最近開發的二維納米材料,如石墨烯。 在量子版本的霍爾效應中,人們發現,由于更強的磁場,霍爾效應被放大的方式不是平滑的線性增長:相反,霍爾電導率是量化的——跳躍到新的、固定的高原,很像一個樓梯。隨后的實驗表明,這些現象中的一些可以用分數來解釋——前面提到的分數量子霍爾效應(FQHE)。李的團隊現在已經在他們的研究中觀察到了新型的FQHE。

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  內蒙古石墨烯潤滑油我們制造這些設備的精確性和可調性,現在讓我們可以探索整個物理學領域,而這個領域最近被認為是完全不可企及的。在這項新工作中,這兩層石墨烯被一層薄的六角形氮化硼隔開,這層氮化硼被插入石墨烯中作為絕緣屏障。該裝置還被六方氮化硼包裹,并與石墨電極相連。 通過將這個組裝體置于比地球磁場強數百萬倍的超強磁場中,研究小組觀察了此前從未見過的石墨烯層間電子相互作用的FQHE狀態。


  雖然這些有趣的狀態對科學來說是新的,但它們似乎在很大程度上符合我們對準粒子(稱為復合費米子)的現有理解——這是在FQHE研究中首次發現的一種量化現象。 但新的發現表明,這些復合費米子可能比我們想象的要多。“除了層間復合費米子外,我們還觀察到了復合費米子模型中無法解釋的其他特征,”哥倫比亞大學物理學家史謙輝說。更仔細的研究表明,令我們驚訝的是,這些新狀態是由復合費米子之間的配對產生的。


  雖然有很多要做更多的研究之前,我們完全理解的影響,研究小組說,他們“解釋這些國家由于殘余配對CFs之間的相互作用,代表一種新的相關的基態是石墨烯獨特的雙層結構,而不是傳統CF所描述的模式。”換句話說,一個石墨烯層是好的,但有兩個是世界上最好的。


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