beat365官方网站量子材料科學中心（以下簡稱“中心”）劉陽助理教授課題組和林熙教授課題組合作利用聲表面波技術和電聲子耦合對二維電子系統中的量子相進行了研究。曆時四年，他們取得多項發現，其結果分别以“利用表面聲波探測超高遷移率二維電子系統中的量子相”（Probing Quantum Phases in Ultra-High-Mobility Two-Dimensional Electron Systems Using Surface Acoustic Waves）和“聲表面波與量子霍爾效應的相互作用”（The Interaction between Surface Acoustic Wave and Quantum Hall Effects）為标題發表于《物理評論快報》（Physical Review Letters）和《中國物理快報》（Chinese Physics Letters,），并入選《物理評論快報》編輯推薦（editor’s suggestion）和《中國物理快報》（express letter）。

聲表面波是一種在材料表面傳播的特殊聲波模式，可以利用叉指電極進行激勵和探測。由于GaAs具有壓電性，聲表面波會誘導出一個與其同步的壓電電場，并藉由該電場與二維電子氣進行耦合。通過觀測聲表面波速度和衰減系數的變化，我們可以探究二維電子系統量子相的變化。該方法是一種無需接觸電極的輸運測量技術，其結果反映體态的平均性質。

中心博士研究生劉蕭探索和确定了聲表面波器件的微納加工工藝，在超高遷移率GaAs/AlGaAs樣品上成功制備出毫米尺度微米周期的叉指換能器。中心博士研究生吳蒙蒙研發了一套極低溫下聲表面波測量系統，她在稀釋制冷機中安裝了低損耗高隔離度的高頻測量線路，設計搭建了高靈敏度射頻鎖相放大器以實現微弱信号的精确分析。她們在實驗中使用了比以往報道低若幹數量級的聲波功率并取得更高的分辨率。此時聲波在電子系統中誘導的擾動已經顯著小于輸運電流的幹擾和溫度漲落。

研究團隊在實驗中發現當前的電聲子耦合弛豫模型不适用于強關聯體系。該模型預測在不可壓縮的量子霍爾态上，聲表面波波速增大和聲表面波的衰減系數應趨向零。與該預測不同，研究團隊觀察到當聲波幅度足夠低時，聲表面波波速随量子霍爾效應增強而單調增加，其衰減也異常增加。實驗發現聲速響應和體系中的電流密度存在線性依賴，其斜率被定義為。100 nA電流在流過尺寸約為1 mm的樣品時會導緻0.1 ppm左右聲波聲速的增加。這一結果表明電子系統在承載電流時變得更加的不可壓縮。這一發現對傳統理論模型提出了挑戰，填補了對于載流子輸運機制方面的認識空白，有望推動相關研究的進一步發展。

圖1  (a) 縱向電阻R_xx和霍爾電阻R_xy随垂直磁場B的變化。(b) 聲表面波聲速變化。在測量過程中，周期為0.125 Hz，峰值為707 nA的交流電流流過樣品，在上産生4 s周期的振蕩，紅色框内展示了局部放大圖。(c) 電流引起的聲波聲速變化。插圖:振蕩的功率譜密度。

林熙和劉陽為論文通訊作者。GaAs/AlGaAs樣品分别由中心杜瑞瑞教授課題組和普林斯頓大學電子和計算機工程系Loren Pfeiffer教授課題組提供。此研究工作得到了科技部重點研發項目和國家自然科學基金等項目的支持。

 文章鍊接：

https://cpl.iphy.ac.cn/10.1088/0256-307X/41/4/047301

https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.132.076501