作者:哈佛大学约翰·A
保尔森工程和应用科学学院 魔角扭曲双层石墨烯中的电子分裂
信用:第二湾工作室/哈佛SEAS 奇异的量子粒子和现象就像世界上最勇敢的精英运动员
就像那些不用绳索或挽具就能攀登陡峭悬崖的自由攀登者一样，只有最极端的条件才能吸引他们出现
对于像超导这样的奇异现象，或者携带一部分电子电荷的粒子，这意味着极低的温度或极高的磁场
但是如果你能让这些粒子和现象在不太极端的条件下出现呢？人们对室温超导的潜力已经做了很多研究，但是在低到零的磁场中产生奇异的分数带电粒子对量子材料和应用的未来同样重要，包括新型量子计算
现在，哈佛大学的一个研究小组由哈佛大学物理学和应用物理学教授阿米尔·雅科比领导
Paulson工程和应用科学学院(SEAS)和物理系物理学教授Ashvin Vishwanath与麻省理工学院的Pablo Jarillo-赫雷罗合作，首次观察到扭曲双层石墨烯在低磁场下的奇异分数态
这项研究发表在《自然》杂志上
该研究的资深作者Yacoby说:“凝聚态物理领域的一个圣地是获得磁场低至零的奇异粒子。”
“有理论预测说，我们应该能够看到这些磁场低到零的奇异粒子，但直到现在还没有人能够观察到它
" 研究人员对一种被称为分数陈氏绝缘体的特殊奇异量子态感兴趣
陈氏绝缘体是拓扑绝缘体，意味着它们在表面或边缘导电，但不在中间
在分数陈氏绝缘体中，电子相互作用形成所谓的准粒子，这种粒子是由大量其他粒子之间复杂的相互作用产生的
例如，声音可以被描述为准粒子，因为它来自于物质中粒子的复杂相互作用
像基本粒子一样，准粒子也有明确的性质，如质量和电荷
在分数陈氏绝缘体中，材料内部的电子相互作用非常强，准粒子被迫携带正常电子的一部分电荷
这些分数粒子具有奇异的量子特性，可以用来制造对外界干扰具有极强弹性的健壮量子比特
为了制造它们的绝缘体，研究人员使用了两片石墨烯，以所谓的神奇角度缠绕在一起
扭曲打开了石墨烯的新的和不同的性质，包括超导性，这是麻省理工学院的贾里罗-赫雷罗小组首次发现的，以及被称为陈氏带的状态，这种状态具有产生分数量子态的巨大潜力，这是哈佛大学的维斯瓦纳特小组在理论上证明的
把这些陈省身带想象成装满电子的桶
安德鲁·T说:“在以前的研究中，你需要一个大磁场来产生这些桶，这些桶是你获得这些奇异的分数粒子所需的拓扑结构。”
皮尔斯是雅各布小组的研究生，也是这篇论文的第一作者
“但是魔角扭曲双层石墨烯已经在零磁场下内置了这些有用的拓扑单元
" 为了产生分数态，研究人员需要在桶中填充一小部分电子
但问题是:要做到这一点，桶中的所有电子必须具有几乎相同的性质
在扭曲的双层石墨烯中，它们没有
在这个系统中，电子具有不同程度的称为贝里曲率的特性，这使得每个电子都经历与其特定动量相关的磁场
(比那更复杂，但量子物理中有什么不是呢？) 当装满桶时，电子的贝里曲率需要变平，以使分数陈省身绝缘体状态出现
这就是一个小磁场的作用
该论文的第一作者之一、SEAS大学博士后谢永龙说:“我们表明，我们可以施加一个非常小的磁场，在系统中的电子之间均匀分布贝里曲率，从而使我们能够观察到扭曲双层石墨烯中的分数陈省身绝缘体。”
“这项研究揭示了贝里曲率对于实现细分奇异态的重要性，并可能指向其他平台，因为贝里曲率不像扭曲石墨烯那样异质
" 这项研究的资深作者维斯瓦纳特说:“扭曲的双层石墨烯是不断给予的礼物，这一发现可以说是该领域最重要的进展之一。”
“令人惊讶的是，这种神奇的材料最终是由与你的铅笔尖相同的材料制成的
" 麻省理工学院塞西尔和艾达·格林物理学教授、该研究的资深作者贾里洛-赫雷罗说:“在魔角扭曲双层石墨烯中发现低磁场分数陈氏绝缘体，开启了量子物质拓扑领域的新篇章。”
“它提供了将这些奇异态与超导性耦合起来的现实前景，有可能创造和控制更多被称为任意子的奇异拓扑准粒子
" 这项研究是由朴正民，丹尼尔·E
帕克、伊斯拉姆·哈拉夫、帕特里克·莱德斯、曹苑、李承焕、陈少文、帕特里克·R
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