《美國國家科學院院刊》刊登林熙研究組關于5/2分數量子霍爾态的新工作

beat365量子材料科學中心林熙副教授與美國麻省理工M. A. Kastner教授、普林斯頓大學L. N. Pfeiffer教授合作，通過邊界電流隧穿的實驗手段，發現局域條件下的5/2分數量子霍爾态存在相競争、其中一個相可能攜帶非阿貝爾統計。

分數量子霍爾效應自發現以來，一直是一個研究相互作用的理想系統，在分數量子霍爾效應領域，許多新奇的物理現象被觀測到并被理論解釋。其中，1987年被觀測到5/2分數量子霍爾态是一個有趣的量子态，它無法直接用常規的複合費米子理論解釋。一些理論預言5/2态中的準粒子可能攜帶非阿貝爾統計。攜帶非阿貝爾統計的準粒子可能可以用于拓撲量子計算，它有望解決量子計算中的核心困難退相幹問題，因而，5/2态的研究在近10年得到了比較多的關注。

在對5/2态的理論研究中，人們普遍認為5/2态攜帶非阿貝爾統計；在對5/2态的實驗研究中，較多的實驗支持其攜帶非阿貝爾統計，然而這個問題在實驗上尚未有定論。近些年通過局域條件開展的邊界電流隧穿實驗中，早期實驗支持非阿貝爾統計存在，然而更新的實驗卻支持阿貝爾統計，這個矛盾的觀測結論令人困惑，同時，邊界電流隧穿也是通過5/2态實現準粒子操作的一個重要手段，因而該問題值得仔細研究。

在由普林斯頓大學提供的高遷移率二維電子氣樣品上，林熙課題組在beat365内完成器件制備和極低溫測量，實驗發現，通過改變局域條件，邊界電流隧穿的結果由支持阿貝爾統計變更為支持非阿貝爾統計，并且，無局域條件下的5/2态可能屬于非阿貝爾的anti-Pfaffian state，與理論預測符合。該工作的意義不僅在于澄清了前期相關實驗中的矛盾，還為拓撲量子計算器件的設計提供了一些信息。北大博士生付海龍從2012年起加入此工作，他參與了極低溫環境的搭建與降低電子溫度的實驗改造、完成了超高遷移率微觀結構樣品的制備和極低溫下的測量、并參與了數據分析和文章寫作。

相關文章已于2016年10月19在《美國國家科學院院刊》上在線刊登（PNAS，http://www.pnas.org/content/early/2016/10/17/1614543113），北大博士生付海龍為第一作者，林熙與M. A. Kastner為通訊作者。本工作得到國家重大科學研究計劃和國家自然科學基金的經費資助。