量子中心林熙和謝心澄在Nature Communications發表工作：3/2偶數分母量子霍爾平台的實驗觀測

從理論物理學家安德森“more is different”的觀點提出以來，人們越來越多地意識到多體系統中可以出現豐富的、與單個粒子性質不同的新物理規律。在二維自由電子系統中，大量相互作用的二維電子構成一個強關聯體系。在特定條件下，系統哈密頓算符中的電子間長程庫倫相互作用主導了系統的物理性質。這是一個無參數的理論問題，也是一個無法微擾處理的問題。多體問題的複雜和有趣在這裡體現得淋漓盡緻：攜帶單位電荷的一群電子可以産生攜帶小于單位電荷的準粒子。

極低溫強磁場中的超高遷移率二維電子氣可以出現分數量子霍爾效應。奇數分母的分數量子霍爾态有唯一的基态：複合費米子的整數量子霍爾效應或複合玻色子的玻色愛因斯坦凝聚。單層二維電子氣中填充因子為5/2的分數态是罕有的偶數分母态的例子，它可能對應了p波配對的複合費米子，擁有拓撲保護的多簡并基态波函數，其準粒子可能服從非阿貝爾統計。5/2态是第一個被認為可以用于拓撲量子計算的實驗體系。3/2填充因子處，原有的實驗結果和理論框架支持複合費米子海的解釋，即不存在3/2分數态，也不應該存在分數量子霍爾平台。

量子材料科學中心于2016年觀測到了3/2偶數分母分數量子霍爾平台，該工作于2017年10月投稿，2019年9月26日在線發表于《自然.通訊》（https://doi.org/10.1038/s41467-019-12245-y）。林熙課題組的付海龍（2017年畢業，現為Penn State University校級榮譽Eberly Research Fellow）為此現象的觀測者，二維電子氣樣品由普林斯頓大學L. N. Pfeiffer提供。實驗發現，3/2平台的量子化程度高達0.02%，隻在二維電子氣被局域的特定條件下出現，這意味着帶合适邊界條件的多體體系可能有與無邊界條件時不一樣的量子态存在。

當局域結構中形成3/2平台時，局域結構外是5/3分數态，所以1/6量子電導被反射了。1/6的量子電導不屬于通常理論框架下的任何邊界态，所以它的出現可能預示着新的邊界态以及新的準粒子的出現。量子中心的謝心澄老師和他的學生吳宜家對此給出理論分析，提出隧穿強度的變化在局域結構附近引起拓撲相變，從而導緻分數電荷的再次量子化。5/3分數态的準粒子攜帶的電荷是e/3，1/6電導的出現可能是5/3态的準粒子繼續1/2量子化的結果，所以理論預言了一個攜帶e/6分數電荷的新激發。