研究透視：石墨烯-量子干涉 | Nature

　　在偶分母分數量子霍爾系統中，非阿貝爾任意子的位置交換，會以拓撲保護的方式影響系統量子態。通過干涉實驗，可直接研究獨特的統計性質，這為在偶分母分數量子霍爾系統中，觀測預期表征提供了契機。

　　近日，以色列魏茨曼科學研究所Jehyun Kim, Himanshu Dev，Yuval Ronen等在Nature上發文，利用法布里-珀羅干涉技術，基于高遷移率雙層石墨烯的范德華異質結構中，觀測到了兩個偶分母分數量子霍爾態的相干阿哈羅諾夫-玻姆干涉。

　　通過在恒定填充因子下運行干涉儀，實驗觀察到了干涉環內，磁通量子數為二的振蕩周期ΔΦ = 2Φ?，該干涉并不攜帶非阿貝爾統計特征。預期ΔΦ = 4Φ?周期性的缺失，可能表明干涉準粒子攜帶電荷e* = ?e，或 e* = ?e準粒子的干涉被熱效應模糊。在兩個空穴共軛態中，同樣觀測到了預期值一半的振蕩周期，表明該處發生的是 e* = ?e準粒子干涉而非e* = ?e準粒子干涉。

　　為了探究統計相位貢獻，通過控制填充因子偏離值運行法布里-珀羅干涉儀，從而在干涉環內，引入分數量子化準粒子。兩個半填充態干涉圖樣的變化均表明，額外引入的體準粒子攜帶基本電荷e* = ?e，這符合非阿貝爾任意子的理論預期。

　　Aharonov–Bohm interference in even-denominator fractional quantum Hall states.

偶分母分數量子霍爾態中的阿哈羅諾夫-玻姆干涉。

圖1｜基于雙層石墨烯的法布里-珀羅干涉儀結構。

圖2｜偶分母阿哈羅諾夫-玻姆干涉。

圖3｜不同分數量子霍爾態中，e* = νLLe準粒子的量子干涉

圖4｜分數量子化準粒子干涉中的統計相位貢獻。

實驗采用高遷移率范德華異質結，以雙層石墨烯為活性二維層，上下分別封裝六方氮化硼（hBN）作為介電層，最外側為石墨柵極，形成“三明治”結構。通過電子束光刻與反應離子蝕刻技術制備了寬度僅40納米的柵極溝道，構建了由八個獨立柵極調控的Fabry–Pérot干涉儀。在10 mK超低溫和12 T強磁場下運行，通過精密調控柵極電壓與磁場，實現Aharonov–Bohm干涉與統計相位測量。

文獻鏈接

Kim, J., Dev, H., Shaer, A. et al. Aharonov–Bohm interference in even-denominator fractional quantum Hall states. Nature649, 323–329 (2026). https://doi.org/10.1038/s41586-025-09891-2

本文譯自Nature。

來源：今日新材料