科学家揭示了石墨不可能的量子特性

科学家揭示了大块石墨层中的量子霍尔效应，这是不可能实现的。

研究人员发现，块状石墨以显着的方式表现出量子霍尔效应，为物理学研究开辟了新的领域。

观察二维系统外的量子霍尔效应

由ArtemMishchenko博士，VolodyaFal'ko教授和AndreGeim教授领导的英国曼彻斯特大学的科学家们发现了体积石墨中的量子霍尔效应（QHE），这是一种由叠层制成的层状晶体石墨烯。

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他们在“自然物理学”杂志上发表的研究结果没有被预料到，因为QHE应该被限制在称为二维系统的系统中，其中电子的运动被限制在一个平面上并且不能垂直移动。

研究人员使用了由层状六方氮化硼保护的裂解石墨晶体。他们的设备符合霍尔杆的几何形状，使他们能够测量石墨中电子的传输。

“测量非常简单”研究小组成员和论文的第一作者尹俊博士解释说。“我们沿霍尔棒通过一个小电流，在霍尔棒平面上施加强磁场，然后测量沿器件和器件产生的电压，以提取纵向电阻率和霍尔电阻。”

工作在该论文理论部分的Fal'ko说，“当我们看到量子霍尔效应（QHE）霍尔电阻中的量子化高原序列，伴随着我们样本中的零纵向电阻率时，我们感到非常惊讶。这些厚度足以表现为正常的散装半金属，其中QHE应该被禁止。“

发现其他特点

另一个令人惊讶的发现是，石墨中含有的石墨烯层数，特别是是否有奇数层或偶数，影响了它们对QHE的观察。

他们发现，当石墨中存在奇数个石墨烯层时，石墨中两种不同电子的驻波产生的QHE能隙减小，即使有数百层石墨烯也是如此。

另一个令人惊讶的结果是发现了分数QHE（FQHE）它与正常QHE不同，并且是非常薄的石墨层中产生诸如超导和磁性等现象的电子之间相互作用的产物。

“我们观察到的大部分结果可以用一个简单的单电子模型来解释，但看到FQHE告诉我们图片并不那么简单，”Mishchenko说。“在高磁场和低温下，我们的石墨样品中存在大量的电子，电子相互作用，这表明多体物理在这种材料中很重要。”

收回一些石墨烯的聚光灯

多年来石墨已经落后于石墨烯，但研究人员希望他们的研究表明，较大的石墨材料仍值得大量研究。

“我们的工作是进一步研究这种材料的新的垫脚石，包括多体物理学，如密度波，激子缩合或Wigner结晶，”Mishchenko说。

“数十年来，研究人员将石墨用作一种'哲学家的石头，可以提供所有可能的和不可能的现象，包括室温超导，”Geim说。“我们的工作原则上说明了这种材料的可能性，至少在其最纯粹的形式时。”

这块哲学家的石头到底可以给我们提供不可能的现象吗？