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[涨姿势] 首次发现电子电荷在石墨烯中分裂成碎片

作者：精品下载站 日期：2024-12-13 16:31:39 浏览：13 分类：涨姿势

首次发现电子电荷在石墨烯中分裂成碎片

忘记高中物理吧，电子的电荷在奇怪的条件下可以取小数值。

[涨姿势] 首次发现电子电荷在石墨烯中分裂成碎片

石墨烯具有科学家没有预料到的新奇特性。

图片来源：Sampson Wilcox，RLE

基本电荷是宇宙的基本常数。我们简称为e。质子的值为 +e，电子的值为 -e。根据您对物理学的熟悉程度，您可能听说过产生质子的夸克具有分数电荷，但我们并不担心这一点，因为它们永远不会单独存在。而且电子没有成分，因此基本电荷在所有材料相互作用中都是真正的基本电荷。好吧，直到事实并非如此，正如一项新的研究表明的那样。 

在所有材料和现象中，电子的电荷绝大多数是-e，，但有些材料会经历分数量子霍尔效应。在少数系统中，在非常高且精心调整的磁场下，会产生一种奇异的电子态，其电荷不再是-e。

新作品使用了石墨烯，石墨烯被认为是一种非常有趣的材料。它是单层碳原子，但它非常坚固并且是良好的导体。在这个实验中，研究小组将五层石墨烯粘在一起，就像楼梯上的台阶一样，将它们压在两个六方氮化硼层之间，并将混合材料置于极低的温度下。当研究小组通过这种材料发送电子时，他们看到了一些非常奇怪的东西。

电子作为总电荷的一部分穿过它——但没有外部磁场。因此，这是结晶石墨烯中分数量子反常霍尔效应的第一个证据，该效应被认为是反常的，因为它不具有磁场。研究人员没想到石墨烯能够做到这一点。

研究作者、麻省理工学院物理学助理教授 Long Ju 在一份声明中表示：“这种五层石墨烯是一种材料系统，可以带来许多惊喜。” “分数电荷是如此奇特，现在我们可以用一个更简单的系统并且无需磁场来实现这种效应。这本身对于基础物理学很重要。它可以使一种更复杂的量子计算成为可能。对扰动具有鲁棒性。”

这并不是该团队第一次目睹五层石墨烯中的奇特现象。他们去年报道称它还表现出“多铁性”状态。扭曲石墨烯在极低的温度下也具有超导性——仅比绝对零温度高 1.7 开尔文。该实验室去年夏天安装了一台新冰箱来进行这些调查。

“我们看到它的那天，我们一开始并没有认出它，”主要作者卢正光说。 “然后我们开始大喊，因为我们意识到这真的很大。这是一个完全令人惊讶的时刻。”

“这可能是我们放入新冰箱的第一个重要样本，”共同第一作者 Tonghang Han 补充道。 “一旦我们冷静下来，我们就会仔细观察，以确保我们所看到的都是真实的。”

该小组将继续探索多层石墨烯如何展示不同且罕见的电子态。

“我们正在深入探索许多基本的物理思想和应用，”朱补充道。 “我们知道还会有更多。”

该研究发表在《自然》杂志上。

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