量子霍尔效应中任意子的相干聚束与解离干涉现象研究

时间：2025年6月27日

来源：Nature

编辑推荐：

来自国际团队的研究人员通过干涉实验，首次观测到分数量子霍尔态（FQHE）中任意子（anyons）的相干聚束（coherent bunching）与解离现象。该研究在填充因子ν=2/3、3/5和4/7的"粒子-空穴共轭态"中发现了反常的磁通周期ΔΦ=ν−1Φ0，并通过散粒噪声法诺因子（F=ν）证实了准粒子以二聚体、三聚体和四聚体形式相干传输。研究还利用顶部栅极调控实现聚束态解离，为拓扑量子计算提供了新见解。

在量子霍尔效应（QHE）的奇妙世界里，分数量子态中的准粒子（quasiparticles）展现出独特的阿哈罗诺夫-玻姆（Aharonov-Bohm）干涉行为。最新研究发现，在填充因子ν=2/3、3/5和4/7的粒子-空穴共轭态中，这些携带分数电荷e*的任意子会像跳集体舞般形成相干聚束（coherent bunching），产生ν⁻¹倍磁通量子的反常干涉周期。

更有趣的是，当研究人员用微型顶栅在干涉仪中心制造出量子点（quantum dot）或反点（antidot）时，这些"抱团"的准粒子竟会突然"分手"——解离（dissociation）成单个准粒子，恢复常规的e*相关干涉周期。但奇怪的是，量子点接触（QPC）处的散粒噪声（shot noise）法诺因子F依然固执地保持在ν，暗示中性模式（neutral modes）可能在暗中操控这场量子"离合剧"。

这些发现像量子世界里的"变形金刚"，展示了任意子既能协同作战（bunching）又能独立行动（debunching）的双重特性，为理解分数量子霍尔态（FQHE）的拓扑序和未来拓扑量子计算机（topological quantum computer）的构建提供了关键线索。特别是在双层石墨烯（bilayer graphene）等新型材料体系中，这类量子干涉效应可能蕴藏着更丰富的物理宝藏。