石墨烯中狄拉克电子的分数量子霍尔效应与绝缘相

在石墨烯（一种晶体碳原子层）中，该材料的两个显著特性是电荷载流子的二维性和相对论性。石墨烯二维性质的第一个实验证据来自在外加磁场下测量其输运性质时观察到的一系列平台。这些是所谓的整数量子霍尔效应的特征。然而，由于电荷载流子的相对论性，在石墨烯中观察到的整数量子霍尔效应在性质上不同于其半导体类似物。作为石墨烯的第三个显著特征，人们推测相互作用和关联在该材料中应很重要，但令人惊讶的是，石墨烯中缺乏集体行为的证据。特别是，二维中典型的集体量子行为——分数量子霍尔效应（FQHE），尽管有大量努力和理论预测其存在，但迄今为止在石墨烯中仍未被观察到。在此，我们报告在石墨烯中观察到FQHE。我们的观察是通过使用悬浮石墨烯器件进行两端电荷输运测量实现的。这使我们能够将样品与通常掩盖该系统中相互作用效应的衬底诱导扰动隔离开，并避免有限几何效应。在低载流子密度下，我们发现一个场诱导的向绝缘体的转变，该转变与FQHE竞争，使得仅在最高质量的样品中才能观察到FQHE。我们相信这些结果将为石墨烯中FQHE及其他集体行为的物理学打开大门。