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狄拉克费米子在石墨烯中的量子尺寸变化

    量子力学是用量子态的概念表征微观体系状态,深化了人们对物理实在的理解。
量子力学的最直接表现之一就是量化。量化的结果可能是在小尺度上,轨道半径的原子或分子导线的电阻的物理特性的离散特征。其中最著名的就是,爱因斯坦就是用光量子理论对光电效应进行了全面的解释而获得诺贝尔物理学奖。光电效应即光照射到金属上,引起物质的电性质发生变化。
    当量子粒子局限于一个狭小的空间,就会发生量化。它的波函数开发出一种驻波模式,像一个小水坑中的波。物理学家所谓的量子尺寸效应即纳米颗粒的粒径减小到某个阈值时,金属费米能级附近的电子能级由准连续变为离散不连续,并有能隙变宽的现象。
    量子尺寸的惊人后果是电导量子化——即所谓的同时可以遍历一个狭窄的走廊,纳米结构的粒子数目变为离散。因此通过这种收缩的电流是一个整数的电导量子的倍数。
在最近的联合实验和理论工作中,美国物理学家们将量子尺寸的电荷载流子,在石墨烯纳米样品中进行电导量子化试验。
高质量的材料石墨烯是由碳原子构成的只有一层原子厚度的二维晶体。到现在为止,观察量子化电荷载流子在石墨烯的纳米结构中的大小变化,被证明是由于电子波无序的高敏感度。
    研究人员证明,量化反应的温度必须非常低(液态氦),如果受到热障碍的影响,便会停止反应。这种新方法——氮化硼石墨烯约束层的封装——只有保证是非常干净的石墨烯样品,才能保证将高度的精确测量精度。
在零磁场作用下,测得的电流清楚地显示大小量化,密切注视着理论预测。一旦提高磁场作用,这些结构逐渐演变成朗道能级的量子霍尔效应。
    利哈伊大学物理学和材料科学工程教授和研究合著者斯拉瓦·罗特金如是说:“过渡到收缩边缘散射的高灵敏度,显示了将来在石墨烯电子器件不可或缺的边缘散射作用。”