張立源 研究組 供稿?

近日，英國(guó)《自然?物理》雜志【Nature Physics 7, 953 (2011)】報(bào)道了中國(guó)人民大學(xué)物理系張立源研究組與美國(guó)布魯克海文國(guó)家實(shí)驗(yàn)室（BNL）的Igor Zaliznyak研究組以及紐約大學(xué)石溪分校(SUNY)等單位的合作研究成果。他們通過(guò)實(shí)驗(yàn)測(cè)量了一種三層石墨烯體系在磁場(chǎng)作用下的量子輸運(yùn)性質(zhì)，驗(yàn)證了此前理論上預(yù)言的一種電子新奇“準(zhǔn)粒子”行為，為今后的三層石墨烯研究提供了新思路。這一成果還被ScienceNews等國(guó)內(nèi)外多家媒體報(bào)道。

張立源副教授研究組專注于低維量子結(jié)構(gòu)的納米加工及微納米電子器件在極端條件（低溫、強(qiáng)磁場(chǎng)）下的電子輸運(yùn)和磁、光等物性測(cè)量的實(shí)驗(yàn)研究，并在最近取得一系列研究成果，如Nature Physics 6, 870 (2010)；Phys. Rev. Lett. 105, 046804 (2010)等。他們與紐約州立大學(xué)石溪分校的杜序教授合作，研制成功一種新型懸掛式石墨烯電子器件，能有效地消除基底對(duì)石墨烯的影響，測(cè)量石墨烯的本征電子學(xué)性質(zhì)。最近，他們利用這種方法制備一種以ABC方式堆疊的三層石墨烯器件，并進(jìn)行了低溫強(qiáng)磁場(chǎng)下的輸運(yùn)測(cè)量。他們從實(shí)驗(yàn)上觀察到了一種l = 3的手性準(zhǔn)粒子引起的量子霍耳效應(yīng)，從而驗(yàn)證了此前理論上預(yù)言的這種“準(zhǔn)粒子”行為。他們還發(fā)現(xiàn)，這種準(zhǔn)粒子的質(zhì)量與它們的運(yùn)動(dòng)速度（或能量）有關(guān)，其靜止?fàn)顟B(tài)的質(zhì)量趨于無(wú)窮。這與此前發(fā)現(xiàn)的單層石墨烯中電子的零質(zhì)量準(zhǔn)粒子行為恰好相反。

霍爾效應(yīng)（Hall effect）是指當(dāng)固體導(dǎo)體有電流通過(guò)，且放置在一個(gè)磁場(chǎng)內(nèi)，導(dǎo)體內(nèi)的電荷載子受到洛倫茲力而偏向一邊，繼而產(chǎn)生橫向電流方向的電壓,并由此橫向電場(chǎng)力來(lái)平衡洛倫茲力,此物理現(xiàn)象被愛(ài)德文?霍爾在1879年所發(fā)現(xiàn)。量子霍爾效應(yīng)，是量子化條件下的霍爾效應(yīng)。一般被看作是整數(shù)量子霍爾效應(yīng)和分?jǐn)?shù)量子霍爾效應(yīng)的統(tǒng)稱。這兩種效應(yīng)的發(fā)現(xiàn)分獲1985和1998年諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)。

石墨烯是單原子層石墨片，由碳原子以sp2 雜化形成的六角蜂窩狀晶格平面薄膜。2004年，英國(guó)物理學(xué)家安德烈?海姆和康斯坦丁?諾沃肖洛夫，成功地在實(shí)驗(yàn)中從石墨中分離出石墨烯，并在隨后三年內(nèi),在單層和雙層石墨烯體系中分別發(fā)現(xiàn)了整數(shù)量子霍爾效應(yīng)及常溫條件下的量子霍爾效應(yīng)。相比而言，三層石墨烯體系不僅具有豐富的物理內(nèi)涵，而且其在電學(xué)中性點(diǎn)附近具有更高的能態(tài)密度。這使得自旋電流輸運(yùn)變得更加容易，為人們?cè)谠O(shè)計(jì)實(shí)際電子器件時(shí)提供了更多可能的“調(diào)控”方式。

本工作受到如下基金資助
國(guó)家自然 科學(xué)基金	11174366	科技部 973項(xiàng)目	2007CB925001