石墨烯中量子霍尔态的功与耗散成像

拓扑是一个强有力的新近概念，断言量子态可在全局上免受局域扰动的影响。因此，无耗散的拓扑保护态在计量学和量子信息技术中具有重大的基础意义与实际重要性。尽管拓扑保护在理论上可以很稳健，但在实际器件中它常对各种耗散机制十分脆弱，这些机制因其微观起源而难以直接探测。通过利用扫描纳米热测量术，我们可视化并研究了削弱石墨烯中量子霍尔态表观拓扑保护的微观机制。我们的同步纳米尺度热成像与扫描门控显微镜显示，耗散由石墨烯边界处因边缘重构而出现的下游与上游通道的反向传播对之间的串扰所主导。然而，耗散机制并非局域焦耳热，而是包含两个不同且空间上分离的过程。我们直接成像的、涉及量子通道间电荷载流子弹性隧穿的做功过程决定了输运性质但不产生局域热。相反，独立可视化的热与熵产生过程，是在石墨烯边缘单原子缺陷处的非弹性共振散射下非局域地发生，同时不影响输运。我们的发现为隐藏真实拓扑保护的机制提供了关键见解，并为器件应用中设计更稳健的量子态指明了途径。