近日，beat365官方网站量子材料科學中心劉陽、林熙課題組博士研究生王任飛和劉蕭等通過聲子拖曳實驗研究了量子霍爾效應中的電荷輸運過程。相關研究成果以“量子霍爾平台内的異常聲電流”（Anomalous Acoustocurrent within Quantum Hall Plateaus）為題，發表于《物理評論快報》（Physical Review Letters）。

利用分子束外延和調制摻雜技術制備的镓砷/鋁镓砷半導體異質結界面處束縛的電子形成一個薄層。電子在垂直于界面方向的運動被勢阱約束，而其平行于界面的運動仍然是自由的。這樣的電子薄層被稱為二維電子氣。整數與分數量子霍爾效應是超高遷移率二維電子氣在極低溫強磁場中形成的一種特殊的宏觀量子态。這時二維電子氣形成一種特殊的具有超流特性的不可壓縮液态相。在整數和分數填充因子兩側的帶電準粒子（準空穴）被無序雜質能級束縛，因此體系絕緣并呈現出平台化的霍爾電導。

實驗利用叉指電極激勵聲表面波，并測量電子系統中由聲波誘導出的電流變化。研究團隊通過仔細分析發現了聲波引起的電子散射效應；并有效分離聲子拖曳電流和電子散射效應這兩種同時發生的物理過程。研究團隊發現量子霍爾效應平台内的聲子拖曳電流在極弱聲場下不再随聲波功率線性降低。這時，團隊成功觀察到了平台内的異常大的拖曳電流峰。這些電流峰的方向（極性）在嚴格的整數和分數填充因子兩側發生反轉（圖1），對應準粒子和準空穴具有相反極性的電荷，并與聲子傳播方向相關。該結果表明聲子與平台内形成的準粒子/準空穴之間的相互作用異常強烈，且電流峰與邊界态無關。這一電荷輸運現象超出現有理論的解釋範疇。該實驗方法為操控量子霍爾态内準粒子的運動提供了新的實驗手段。

圖1. 輸運測量結果與不同聲功率下的聲子拖曳電流的實驗結果

該論文實驗樣品由普林斯頓大學Mansour Shayegan和Loren Pfeiffer提供。

論文鍊接：https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.134.136504