庫侖拖曳是介觀電子系統中的一種量子效應。由于電子-電子相互作用，一維導體中的電流i會引起鄰近平行的一維導體兩端産生電壓V_d，其拖曳電阻R_d =V_d/i 的符号、幅度及随溫度的變化情況将直接反映一維導體的特性。因此，對庫侖拖曳的觀察是了解奇異一維電子系統（例如Luttinger液體）物理的重要窗口。

最近，beat365官方网站量子材料科學中心杜瑞瑞教授課題組與南京大學、 萊斯大學、馬裡蘭大學等單位合作，首次觀察到自旋霍爾邊緣态之間的庫侖拖曳。該工作的突破點之一在于發展了一種巧妙的樣品制作程序，可以有效、精确地控制一對平行邊緣态之間的距離（50 nm）和庫侖作用的強度，從而為同類研究提供實驗平台（圖a）。與已報道的非拓撲一維導體的低溫庫侖拖曳電阻（R_d >0且幅度随溫度下降而單調上升）不同，這裡觀察到的R_d在低溫下的符号為負且幅度随溫度上升而減小，在溫度為1.5 K 附近時發生符号改變且 在更高溫度時趨于零（圖b）。

（a） 邊緣态庫侖拖曳器件與測量電路的原理圖；（b）拖曳電阻随溫度的變化情況；（c）基于兩種散射機制競争的理論模型

同時，伴随庫侖拖曳信号的噪聲是介觀電子系統低溫輸運的重要特征。理論分析表明，庫侖拖曳信号具有在低溫區呈現負号和非單調的變溫特性， 從而證實了邊緣态存在狄拉克點，以及受時間反演對稱性保護的helical邊緣态之間直接散射和Umklapp散射兩種機制之間存在競争（圖c）。借助類似的實驗平台和更精密的調控方法，可以進一步揭示庫侖相互作用下一維狄拉克 電子和空穴的激子束縛态，從而開辟探索固體中一維玻色-愛因斯坦凝聚和超流态等宏觀量子現象新的實驗途徑。

2021年6月21日，相關研究工作以“拓撲邊緣态的庫侖拖曳效應”（Coulomb drag in topological wires separated by an air gap）為題，在線發表于《自然·電子學》（Nature Electronics），表明拓撲邊緣态的庫侖拖曳現象不僅具有基礎物理意義，并且受到納米電子學領域的關注；南京大學杜靈傑教授和beat365官方网站2016級博士研究生鄭建民為共同第一作者，杜靈傑、杜瑞瑞為共同通訊作者，吳幸軍博士參與了實驗研究。

上述工作得到國家自然科學基金委、國家重點研發計劃、中國科學院戰略性先導科技專項（B類）等支持。

論文鍊接：https://www.nature.com/articles/s41928-021-00603-y