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石墨烯双层主体激子超流相
在双层石墨烯异质结构中,纽约哥伦比亚大学的研究人员观察到量子霍尔体系中的激发子的Bose-Einstein凝聚物。 在高温和零磁场下,这种系统被认为是承载超导状态的激子类似物,因此可用于研究固相中强相互作用的玻色子粒子。 冷凝物也可用于制造Josephson junctions,,这是量子计算机的基础。
双层石墨烯​

在散装半导体中,由于库仑引力、光学激发的电子 - 空穴对的相互作用,形成称为空间直接激子的结合准粒子。这样的激子很容易产生,但是每一纳秒就会发生一次重组。通过将电子和空穴限制在分开但紧密间隔的2D量子阱(QW)中,电荷载流子仍然被强烈吸引,但被阻止重组,导致激子的寿命增长。在比原子气体(1mK)高得多(约10K)的温度下,预测这些空间间接激子表现为Bose-Einstein凝结物(BEC),并提供了不同的途径,使其在高温下实现超导性。


迄今为止,在电子 - 空穴QWs中产生激子缩合物(ECs)是很困难的,因为制造高质量材料并不容易,其中任何匹配的电子 - 空穴掺杂层的强烈相互作用,都可能是电隔离的材料。在施加的强磁场中,通过相同掺杂(电子 - 电子或空穴)耦合QWs可以克服这个挑战。这被称为量子霍尔效应体系。


库仑阻力和电流逆流的测量


由科里•迪恩(Cory Dean)领导的一个团队,首次在这个政权中观察到石墨烯的双层EC。通过场效应门控,可以广泛调节载流子密度,所以碳材料似乎是制造这种冷凝物的理想选择。由于材料只有单个原子层厚,这允许层间距下降到几纳米,并且保证层之间没有明显的电子隧穿。


贾力研究团队的成员和主要作者解释说:“我们通过结合库仑阻力和当前逆流测量,证实了EC在量子霍尔效应中的存在。 “我们还发现石墨烯层之间的强层间耦合的证据,这是量子化的霍尔高原和材料的霍尔电阻测量中的重入特征。我们测量的消失霍尔电阻表明,电荷中存在性激子,而零值纵向电阻证实了冷凝态无耗散(无摩擦)的性质。


超导体的模拟


测量库仑阻力是研究基本物理现象(如电子 - 电子相互作用)和许多身体效应(如激子形成)的好方法。这里,一个层中携带电流的电子“拖动”另一个层中的电子,从而产生小的但可测量的电压。在过去,研究人员研究了传统二维电子系统中的库仑阻力,例如砷化镓量子阱,但是石墨烯和基于石墨烯的异质结构表明在定性水平上能产生新的效果。

“我们观察到的EC可以看作是超导体的模拟,电荷中的性激子取代Cooper对,”Li告诉。 “像超导体中没有电阻的电子一样移动,所以在这种冷凝状态下的激子传输是无耗散的。然而,与超导体不同,激子冷凝物在强磁场中可存活并且可能在高温保持稳定,从而为制造新型电子器件开辟新的可能性。

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