一项新的研究揭示了一套量子霍尔指出,没有出现之前,电子相互作用的本质有了进一步的了解在量子系统和建立一个潜在的新平台未来的量子计算机。
联系人:这个邮箱地址是被保护起来,避免垃圾邮件。你需要把它启用JavaScript。布朗大学,
普罗维登斯,RI -布朗和哥伦比亚大学的研究人员已经证明了未知物质的状态出现在石墨烯的双层栈,二维纳米材料。这些新的州,表现所谓的分数量子霍尔效应,产生复杂的相互作用的电子在石墨烯层以及在每一层。
“研究结果表明,叠加二维材料在近距离产生全新的物理,”贾说,物理学助理教授布朗,谁发起的这项工作作为一个使用科里迪安在哥伦比亚大学博士后研究员,教授物理和吉姆磨练,机械工程教授。“材料工程而言,这项工作表明,这些分层的系统可以在创建新类型的可行的电子设备,利用这些新的量子霍尔州。”
该研究发表在《华尔街日报》自然物理。
霍尔效应,发现于1879年,当出现一个磁场应用于导电材料在垂直方向的电流。磁场导致当前的转移,创造一个电压在横向方向上称为霍尔电压。霍尔电压的强度与磁场强度的增加。
霍尔效应的量子版本的1980年代发现被授予诺贝尔奖,被发现在实验中表现在低温和强磁场。实验表明,与磁场强度而不是增加顺利,霍尔电压的增加逐步(或量化)。这些步骤都是自然界的基本物理常数的整数倍数和完全独立的物理组成材料的实验。
几年后,在接近绝对零度的温度下工作的研究人员和很强的磁场发现新类型的量子霍尔态的量子步骤霍尔电压对应部分的数字,因此名字分数量子霍尔效应。分数量子霍尔效应的发现了另一个诺贝尔奖,在1998年。理论家们后来提出,分数量子霍尔效应与准粒子称为电复合费米子的形成。在这种状态下,每一个电子与磁通量的量子结合形成复合费密子携带的一小部分电子电荷,引起霍尔电压的分数值。
复合费密子理论已经成功地解释了无数的单量子阱系统中观察到的现象。这项新的研究使用双层石墨烯研究当两个量子井带来了接近。理论表明,两层之间的相互作用会导致一种新型的复合费米子,但它从未被观察到的实验。
的实验中,哥伦比亚大学团队建立在多年的工作提高石墨烯的质量设备,从自动创建超净的设备完全平坦的二维材料。结构的核心包括两个石墨烯层由一层薄薄的六角氮化硼作为绝缘层。双层结构封装了六角氮化硼作为保护绝缘子和石墨作为导电通道的门改变电荷载体密度。
”再一次不可思议的石墨烯具有多功能性允许我们把设备结构的边界超出以前。”科里迪安说,哥伦比亚大学的物理教授。”的精度和可调谐性我们可以使这些设备现在允许我们探索整个物理学领域,最近被认为是完全无法访问。”
石墨烯结构被暴露于强磁场——数百万倍地球磁场。
分数量子霍尔的研究产生了一系列国家——其中一些与复合费米子模型,展示优秀的协议和其中一些从未预测或观察。
“除了夹层复合费米子,我们观察到的其他特性,无法解释在复合费米子模型中,“Qianhui Shi说,该论文的co-first作者和哥伦比亚大学的博士后研究员。“更仔细研究表明,令我们吃惊的是,这些新的州由于复合费米子之间的配对。配对相邻层之间的相互作用和在同一层产生各种新的量子现象,使双层石墨烯一个激动人心的平台去学习。”
吉姆说:“特别感兴趣的磨练,在哥伦比亚大学机械工程教授”是一些新国家举办非阿贝尔波函数的潜力——州不太符合传统复合费米子模型和超快量子计算机可能是有用的。”In non-abelian states, electrons maintain a kind of "memory" of their past positions relative to each other. That has potential in enabling quantum computers that don’t require error correction, which is currently a major stumbling block in the field.
“这是第一个非阿贝尔的新候选人在30年,”院长说。“很高兴看到新物理学摆脱我们的实验。”
其他的合作者在纸上Qianhui Shi, Yihang曾庆红,吴克群渡边隆谷口,詹姆斯磨练和科里迪安。这项研究是由美国国家科学基金会支持(dmr - 1507788),大爱游戏提现客服卫和露西尔帕卡德基金会和美国能源部(DE-SC0016703)。磁场的实验都是在国家高磁场实验室的塔拉哈西,佛罗里达州,一个用户设备由美国国家科学基金会爱游戏体爱游戏提现客服育是什么(dmr - 1644779)和佛罗里达州。爱游戏下载安装新版
故事由凯文斯泰西,由布朗大学
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