物理学家发现了一种具有新型出射粒子的量子态：六通量复合费米子

如果分数量子霍尔制度是一系列高速公路，这些高速公路将有两条或四条车道。两通量或四通量复合费米子的流动，就像这种两到四通量复合费米子交通场景中的汽车一样，自然地解释了在各种主体材料中形成的90多个分数量子霍尔态。然而，普渡大学的物理学家最近发现，分数量子霍尔机制并不局限于两通量或四通量，并发现了一种新型出射粒子的存在，他们称之为六通量复合费米子

他们最近在《自然通讯》上发表了他们的突破性发现

普渡大学理学院教授兼物理与天文系主任Gabor Cathy，以及博士生黄浩云、Waseem Hussain和刚毕业的博士生Sean Myers，在普渡大学西拉斐特校区领导了这一发现。Cpathy认为主要作者黄构思并领导了测量，并撰写了大部分手稿。所有的超低温测量都是在Cpathy的物理大楼实验室完成的。他的实验室对强相关电子物理进行研究，有时被称为拓扑电子物理

电子之间的弱相互作用已经得到了很好的证实，而且这种行为是可以预测的。当电子相互作用较弱时，电子通常被认为是整个系统的天然组成部分。但当电子强烈相互作用时，通过思考单个电子来解释系统行为几乎是不可能的

Cpathy说：“这种情况发生在极少数情况下，比如我们研究的分数量子霍尔机制。”。“为了解释分数量子霍尔态，复合费米子，一个非常直观的基本构建块，有不同的风格。它们可以解释分数量子Hall态的整个子集。但所有完全开发的（即拓扑保护的），分数量子霍尔态只能由两种类型的复合费米子来解释：两通量和四通量复合费米翁

“在这里，我们报道了一种新的分数量子霍尔态，它不能用以前的任何想法来解释。相反，我们需要援引一种新型出射粒子的存在，即所谓的六通量复合费米子。新的分数态量子霍尔态的发现已经足够稀少了。然而，在凝聚态物理学中发现一种新出射粒子确实很罕见azing。“

目前，这些想法将用于扩展我们对已知分数量子霍尔态在“周期表”中的排序的理解。“在这个过程中特别值得注意的是，新兴的复合费米子粒子的独特之处在于，电子捕获了六个量子化的磁通量量子，形成了迄今为止已知的最复杂的复合费姆子。

Cpathy的博士生黄浩云说：“这个复杂物理难题的命理学需要相当大的耐心。”以nu=2/3分数态为例。由于2/3=2/（2*2-1），nu=2/3态属于二通量族。类似地，对于nu=2/7分数态，2/7=2/（2*4-1），因此该态属于四通量族。相反，我们发现的分数态与2/11=2/（2*6-1）密切相关。在我们工作之前，还没有发现与六通量复合费米子相关的完全量子化的分数量子霍尔态。理论方面的情况完全不同：Jainendra Jain在1989年发表的极具影响力的复合费米子理论中预测了这类复合费米翁的存在。在这34年中没有观察到相关的量化。“

这项研究中使用的材料是由Loren Pfeiffer领导的普林斯顿大学团队种植的。GaAs半导体的电气质量对这项研究的成功起到了巨大作用。据Cpathy称，这个普林斯顿团队在种植最高质量的GaAs基材料方面处于世界领先地位。

”他们种植的GaAs非常特殊，因为缺陷的数量低得惊人，”他说，“低无序度和Cpathy实验室超低温测量专业知识的结合使这个项目成为可能。我们测量这些样品的一个原因是，普林斯顿小组最近显著提高了GaAs半导体的质量，这是通过存在的少量缺陷来测量的。毫无疑问，这些改进后的样本将继续成为新物理学的游乐场。“

这一令人兴奋的发现是Cpathy团队正在进行的研究的一部分。该团队在对拓扑电子物理的不懈追求中继续突破发现的极限