化繁為簡：觀測石墨烯中電子相互作用新方法

▲石墨烯原子結構的3D圖像。

石墨烯是一種兼具柔性和剛性的物質，在太陽能電池，觸屏等領域有廣泛的應用。然而物理學家們對石墨烯中獨特的電子結構更感興趣——石墨烯的電子與相對論性粒子極為相似，即能以光速運動且幾乎沒有質量。日前，美國華盛頓大學的科學家證實，可以通過紅外光觀測石墨烯結構中多粒子的相互作用情況。這一結果將在本周於洛杉磯舉行的美國物理學會會議上發布。

在華盛頓大學的地下實驗室中，由物理學助理教授Erik Henrikesen領導的研究小組，在一個定製的裝置（溫度僅比絕對零度高几度）上完成了實驗。他們用兩塊氮化硼晶體夾持了一小塊石墨烯片，然後將其置於矽片上。整塊材料的長度僅約16微米。「我們在一個極低溫的磁體中，構建了一個可以只向測試樣品聚集紅外光的系統，」Henriksen說，「這使得我們能夠通過觀察吸收光的顏色，準確獲知其電子特性。」

▲單層間的間帶朗道能級過渡。

通常情況下，電子之間是相互排斥的。Henriksen團隊通過在強磁場條件下，同時觀測光學和電子特性，從而得以追蹤帶電粒子在朗道能級之間的運動情況。在此，他們觀測到了一種特定模式，「強磁場對電子的運動有類似『黏合劑』的作用——通過某種作用使電子速度減緩，」Henrikesen解釋說，「或許你會認為這個系統很難觀測，但事實上，當磁場強度和相互作用力處於特定範圍內時，你會發現整個系統已經大大簡化了。」物理學博士研究生、一篇有關石墨烯的新論文的合著者Jordan Russell認為，Henriksen等發現的非單調性行為正是大家希望發現的電子相互作用的特徵。

預計將有接近10000名凝聚態物理學家參加美國物理學會的3月會議。Henriksen團隊將在論壇上展示他們近期的其他成果。例如石墨烯可用於測量磁性材料中的「量子自旋液體」。

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編譯：雷鑫宇

責編：朱凡

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