科學(xué)家揭示了大塊石墨層中的量子霍爾效應(yīng)，這是不可能實(shí)現(xiàn)的。

研究人員發(fā)現(xiàn)，塊狀石墨以顯著的方式表現(xiàn)出量子霍爾效應(yīng)，為物理學(xué)研究開辟了新的領(lǐng)域。

觀察二維系統(tǒng)外的量子霍爾效應(yīng)

由ArtemMishchenko博士，VolodyaFal'ko教授和AndreGeim教授領(lǐng)導(dǎo)的英國(guó)曼徹斯特大學(xué)的科學(xué)家們發(fā)現(xiàn)了體積石墨中的量子霍爾效應(yīng)（QHE），這是一種由疊層制成的層狀晶體石墨烯。

另請(qǐng)參見：研究人員介紹了絲網(wǎng)印刷技術(shù)，可以實(shí)現(xiàn)絲網(wǎng)印刷的靈活性電子產(chǎn)品

他們?cè)凇白匀晃锢韺W(xué)”雜志上發(fā)表的研究結(jié)果沒有被預(yù)料到，因?yàn)镼HE應(yīng)該被限制在稱為二維系統(tǒng)的系統(tǒng)中，其中電子的運(yùn)動(dòng)被限制在一個(gè)平面上并且不能垂直移動(dòng)。

研究人員使用了由層狀六方氮化硼保護(hù)的裂解石墨晶體。他們的設(shè)備符合霍爾桿的幾何形狀，使他們能夠測(cè)量石墨中電子的傳輸。

“測(cè)量非常簡(jiǎn)單”研究小組成員和論文的第一作者尹俊博士解釋說(shuō)。“我們沿霍爾棒通過(guò)一個(gè)小電流，在霍爾棒平面上施加強(qiáng)磁場(chǎng)，然后測(cè)量沿器件和器件產(chǎn)生的電壓，以提取縱向電阻率和霍爾電阻。”

工作在該論文理論部分的Fal'ko說(shuō)，“當(dāng)我們看到量子霍爾效應(yīng)（QHE）霍爾電阻中的量子化高原序列，伴隨著我們樣本中的零縱向電阻率時(shí)，我們感到非常驚訝。這些厚度足以表現(xiàn)為正常的散裝半金屬，其中QHE應(yīng)該被禁止。“

發(fā)現(xiàn)其他特點(diǎn)

另一個(gè)令人驚訝的發(fā)現(xiàn)是，石墨中含有的石墨烯層數(shù)，特別是是否有奇數(shù)層或偶數(shù)，影響了它們對(duì)QHE的觀察。

他們發(fā)現(xiàn)，當(dāng)石墨中存在奇數(shù)個(gè)石墨烯層時(shí)，石墨中兩種不同電子的駐波產(chǎn)生的QHE能隙減小，即使有數(shù)百層石墨烯也是如此。

另一個(gè)令人驚訝的結(jié)果是發(fā)現(xiàn)了分?jǐn)?shù)QHE（FQHE）它與正常QHE不同，并且是非常薄的石墨層中產(chǎn)生諸如超導(dǎo)和磁性等現(xiàn)象的電子之間相互作用的產(chǎn)物。

“我們觀察到的大部分結(jié)果可以用一個(gè)簡(jiǎn)單的單電子模型來(lái)解釋，但看到FQHE告訴我們圖片并不那么簡(jiǎn)單，”Mishchenko說(shuō)。“在高磁場(chǎng)和低溫下，我們的石墨樣品中存在大量的電子，電子相互作用，這表明多體物理在這種材料中很重要。”

收回一些石墨烯的聚光燈

多年來(lái)石墨已經(jīng)落后于石墨烯，但研究人員希望他們的研究表明，較大的石墨材料仍值得大量研究。

“我們的工作是進(jìn)一步研究這種材料的新的墊腳石，包括多體物理學(xué)，如密度波，激子縮合或Wigner結(jié)晶，”Mishchenko說(shuō)。

“數(shù)十年來(lái)，研究人員將石墨用作一種'哲學(xué)家的石頭，可以提供所有可能的和不可能的現(xiàn)象，包括室溫超導(dǎo)，”Geim說(shuō)。“我們的工作原則上說(shuō)明了這種材料的可能性，至少在其最純粹的形式時(shí)。”

這塊哲學(xué)家的石頭到底可以給我們提供不可能的現(xiàn)象嗎？