電子在石墨片中集體行動
- 上線日期：2009/11/16 上午 12:00:00
- 資料來源：奈米科學網
美國物理學家最近以實驗證實，石墨片(graphene)中的電子具有類似在超導體、磁鐵及超流所出現的集合行為(collective behaviour)。理論學家先前已預測過此集合行為，而實驗上的證實將有助於進一步地了解石墨片複雜的物理性質。
物理學家曾預測石墨片中的相對論性電荷載子彼此間有強烈的交互作用。羅格斯(Rutgers)大學研究團隊主持人Eva Andrei表示，這類交互作用常導致預期外的集合現象，即整體行為大於個別的總合，並表現出新的性質，超導體、超流及磁性就是例子。
在石墨片問世前，相對論性粒子間的關聯性(correlations)並不容易被觀察到。Andrei等人證實石墨片中的電荷載子間有強烈的交互作用，且此集合行為可透過分數量子霍爾效應(fractional quantum Hall effect, FQHE)加以偵測。當電荷載子侷限在二維平面上運動且受制於一垂直磁場時，載子與磁力線會形成新的準粒子，其帶電量為基本電子的分數。
研究人員首先利用摩擦將石墨片沉積於覆蓋薄氧化矽層的標準半導體矽晶圓上，再以掃描式電子微影和薄膜沉積法製造出金及鈦接點。接下來使用強酸蝕刻二氧化矽，形成懸掛的石墨片結構，最後再以高溫除去雜質。研究人員將石墨片在磁場中冷卻至2K，然後測量其電阻與外加電壓的關係，藉此觀測FQHE。當電阻曲線呈現「高原」時表示系統處於FQHE態，而且場強度越高此現象越顯著。
Andrei表示，分數量子霍爾效應代表一整組的量子相位，最顯著的是1/3 FQHE，其每一電子帶有兩條磁通線。這些帶有分數電荷的準粒子遵守所謂的分數統計學(fractional statistics)，這對未來量子電腦的發展可能有所影響。她指出，此實驗證實相對論性粒子間的確有強烈交互作用，因此可能表現出與一般電荷載子非常不同的集合特性。詳見Nature AOP | doi:10.1038/nature08522。
原始網站: http://nanotechweb.org/cws/article/tech/40680
譯者:劉家銘(成功大學物理系)
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