光可能為石墨烯中的電子開啟新的量子舞台

科學家們已經提出了一種使石墨烯中的電子發生全新的量子行為的方法。信用：N.Beier / JQI和S. Kelley / JQI

一組研究人員設計出一種簡單的方法來調整石墨烯中的標誌性量子效應 - 將單層碳原子形成的材料浸入光中。他們最近在「 物理評論快報」上發表的理論著作提出了一種實現新的量子行為的方法，這種行為是以前預測的，但迄今在實驗中仍然無法實現。

聯合量子研究所（JQI）的博士後研究員托比亞斯？格拉斯（Tobias Grass）說，我們的想法是利用光來設計這些材料。「光的優勢在於它的靈活性，就像有一個旋鈕可以改變樣品中的物理現象。

該提議提出了一種方法，用於改變在非常低的溫度下持有的扁平材料中發生的物理效應，並且受到極強的磁體 - 至少比冰箱磁體強上千倍。在這種情況下，在二維景觀周圍的電子開始以不尋常的方式表現出來。它們不是連續地流過物質，而是被鎖定在特定大小和能量的緊密的圓形軌道上，幾乎沒有離開它們的斑點。每個軌道只能佔用一定數量的電子。當軌道被部分填滿時（這給電子留下一定的空間），它激活帶電粒子之間的新的相互作用，並導致複雜的量子跳舞。

電子在石墨烯中執行這種編排（稱為分數量子霍爾效應）。有趣的是，調整電子之間的相互作用可以將它們哄成不同的量子霍爾舞蹈模式，但它需要更強大的磁鐵或完全不同的樣本 - 有時將兩層石墨烯堆疊在一起。

JQI和紐約市立學院的研究人員合作開展的這項新工作提出使用激光來規避這些實驗挑戰，甚至創造出新穎的量子舞蹈。光可以促使電子在不同能量的軌道之間跳躍。結果，電子之間的相互作用改變並導致不同的舞蹈模式，包括在實驗中從未見過的一些舞蹈模式。光的強度和頻率改變了特定軌道中的電子數量，為控制電子提供了一種簡單的方法"表現。JQI研究員兼論文作者Mohammad Hafezi說：「這種輕質相互作用導致了一些以前在理論上研究過的模型。「但是沒有提出實施這些方案的實驗方案。」

解開這些理論舞蹈可能會揭示新的量子行為。有些甚至可能會產生奇特的量子粒子，這些量子粒子可以協同工作以保護其不受噪音的影響 - 這是一個誘人的想法，可以用來構建強大的量子計算機。

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