实验证实三层石墨烯中一种新奇“准粒子”行为
张立源 研究组 供稿 2011-12-12
张立源副教授研究组专注于低维量子结构的纳米加工及微纳米电子器件在极端条件（低温、强磁场）下的电子输运和磁、光等物性测量的实验研究，并在最近取得一系列研究成果，如Nature Physics 6, 870 (2010)；Phys. Rev. Lett. 105, 046804 (2010)等。他们与纽约州立大学石溪分校的杜序教授合作，研制成功一种新型悬挂式石墨烯电子器件，能有效地消除基底对石墨烯的影响，测量石墨烯的本征电子学性质。最近，他们利用这种方法制备一种以ABC方式堆叠的三层石墨烯器件，并进行了低温强磁场下的输运测量。他们从实验上观察到了一种l = 3的手性准粒子引起的量子霍耳效应，从而验证了此前理论上预言的这种“准粒子”行为。他们还发现，这种准粒子的质量与它们的运动速度（或能量）有关，其静止状态的质量趋于无穷。这与此前发现的单层石墨烯中电子的零质量准粒子行为恰好相反。
霍尔效应（Hall effect）是指当固体导体有电流通过，且放置在一个磁场内，导体内的电荷载子受到洛伦兹力而偏向一边，继而产生横向电流方向的电压,并由此横向电场力来平衡洛伦兹力,此物理现象被爱德文•霍尔在1879年所发现。量子霍尔效应，是量子化条件下的霍尔效应。一般被看作是整数量子霍尔效应和分数量子霍尔效应的统称。这两种效应的发现分获1985和1998年诺贝尔物理学奖。
石墨烯是单原子层石墨片，由碳原子以sp2 杂化形成的六角蜂窝状晶格平面薄膜。2004年，英国物理学家安德烈•海姆和康斯坦丁•诺沃肖洛夫，成功地在实验中从石墨中分离出石墨烯，并在随后三年内,在单层和双层石墨烯体系中分别发现了整数量子霍尔效应及常温条件下的量子霍尔效应。相比而言，三层石墨烯体系不仅具有丰富的物理内涵，而且其在电学中性点附近具有更高的能态密度。这使得自旋电流输运变得更加容易，为人们在设计实际电子器件时提供了更多可能的“调控”方式。
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本工作受到如下基金资助 |
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国家自然 科学基金 |
11174366 |
科技部 973项目 |
2007CB925001 |
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