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作为分数库仑计的量子霍尔反点

介观与纳米尺度物理 2025-09-19 v2

摘要

探测在分数量子霍尔体系中产生的分数电荷准粒子,对于探究其奇异的量子性质具有根本重要性。虽然电子干涉仪一直是探测其统计性质的核心,但由于体-边相互作用,其解释往往变得复杂。反点,即量子霍尔体系中的势垒,在这一背景下尤为有价值,因为它们克服了传统设计的几何限制,并在量子点接触中充当可控杂质。此外,反点允许通过简单的电导测量进行准粒子电荷探测,从而无需使用要求更高的技术。在本工作中,我们采用在库仑主导机制下运行的栅极定义双层石墨烯反点,研究整数和分数量子霍尔态下的准粒子隧穿。我们表明,栅极电压周期和振荡斜率直接揭示了隧穿准粒子的电荷,提供了一种在石墨烯中测量分数电荷的实用方法。我们报告了分数电荷的直接测量结果,发现在 ν=4/3\nu = 4/3、5/3 和 7/3 时 q=e/3q = e/3,在 ν=2/3\nu = 2/3q=2e/3q = 2e/3,在 ν=3/5\nu = 3/5q=3e/5q = 3e/5,而在 ν=8/3\nu = 8/3 时我们观察到了 e/3e/32e/32e/3 隧穿电荷的特征。这种设计的简单性和可调谐性为将基于反点的电荷测量扩展到其他范德华材料开辟了道路,确立了反点作为研究量子霍尔效应的强大且广泛适用的平台。

关键词

引用

@article{arxiv.2509.04209,
  title  = {Quantum Hall Antidot as a Fractional Coulombmeter},
  author = {Mario Di Luca and Emily Hajigeorgiou and Zekang Zhou and Tevž Lotrič and Tengyan Feng and Kenji Watanabe and Takashi Taniguchi and Steven H. Simon and Mitali Banerjee},
  journal= {arXiv preprint arXiv:2509.04209},
  year   = {2025}
}

备注

A theoretical understanding has been added