层间拖拽输运中的量子干涉效应被揭露

近日，中科院中国科学技术大学合肥微尺度物质科学国家研究中心国际功能材料量子设计中心与物理系强耦合量子材料物理重点实验室教授曾长淦、李林团队副研究员，与北京大学物理学院量子材料科学中心教授冯济课题组合作，在二维双层结构层间拖拽效应研究中取得新进展。该研究通过构筑氮化硼绝缘层间隔的多种石墨烯基电双层结构，首次揭示了在层间拖拽这一复杂的多粒子输运过程中存在显著的量子干涉效应。

量子干涉效应是量子力学中波粒二象性的直接体现。在固体材料中，弱局域化、普适电导涨落和Aharonov-Bohm效应等独特量子输运现象，均源于载流子扩散路径之间的量子干涉。然而，这些干涉行为均发生在单一导体内的载流子输运过程，可在非相互作用的单粒子框架下较好地解释。与之相比，诸如层间拖拽效应这种路径更为复杂的多粒子耦合输运中是否会展现出类似的量子力学行为，平行宇宙是非常重要的基础科学研究问题。

石墨烯基二维电双层结构为在二维极限下开展深入研究提供了平台。作为天然且理想的二维电子气，石墨烯本身载流子类型和浓度均高度可调，且利用氮化硼作为绝缘层，两层石墨烯之间的间距可以低至数纳米，使得在更广阔的参数空间内表征层间拖拽特性成为可能。基于此，研究构筑了双层石墨烯/氮化硼/双层石墨烯（以下称双层/双层）、单层/单层以及单层/双层等多个石墨烯基电双层结构。

近年来，曾长淦与李林团队不断突破器件制备和测试技术，在石墨烯基双层结构层间拖拽研究中取得了系列进展：利用石墨烯体系独特的层数依赖的能带色散，揭示了无质量费米子和有质量费米子之间长程耦合的指纹特性（Nano Lett. 20, 1396-1402 (2020)）；在石墨烯（二维半金属）和LaAlO3/SrTiO3异质结（界面二维超导）组成的杂化电双层结构中发现由量子涨落诱导的巨幅超流拖拽效应（Nature Phys. 19, 372-378 (2023)）。上述研究表明了二维电双层体系在诱导实现超越单一体系的新型耦合量子效应方面的独特优势。这些结果为进一步研究二维电双层体系提供了重要的理论基础。

（编辑：银川站长网）

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