异质结构支持在 v=2/3 分数量子霍尔态下反向传播带电边缘模式预测

（a） 麦克唐纳图片中霍尔条中的边缘状态示意图，具有反向传播的内部 −1/3 边缘状态（红色箭头）和外部整数边缘状态（黑色箭头）。白色虚线表示欧姆触点附近的平衡。（b） 霍尔栏底部边缘内模（红色）和外模（蓝色）化学势的定性图。（c） QPC的示意图，它完全传输外边缘状态并充分反映内部边缘状态。在QPC附近将有额外的平衡。（d） 具有QPC的霍尔杆的化学势与位置的关系，并充分反映内部模式。来源：物理评论快报（2023 年）。DOI： 10.1103/物理修订版.130.076205

2018年，普渡大学的一组物理学家发明了一种装置，该装置通过实验首次表明准粒子在填充因子v=1/3时干扰分数量子霍尔效应。这些异质结构的进一步发展使Manfra小组能够将他们的研究扩展到探索2/3分数量子霍尔态的逆流带电边缘模式的实验。

他们最近在《物理评论快报》上发表了他们的发现，“量子点接触中ν = 2/3分数量子霍尔态的半整数电导平台”。这部小说作品已被选为下一期的编辑建议。

该团队由Michael J. Manfra博士，Bill and Dee O'Brien物理学和天文学杰出教授，电气和计算机工程教授，材料工程教授以及微软量子实验室West Lafayette的科学总监领导。该出版物的主要作者是高级研究科学家James Nakamura博士。Geoffrey Gardner博士和研究生双梁也是该出版物的共同作者，为异质结构增长做出了宝贵的贡献。

在实验中，该团队生产了一种包含二维电子片的半导体材料。在这种半导体之上，他们建立了一个量子点接触，它由具有非常窄的300纳米间隙的金属栅极组成。他们使用量子点接触来引导导电边缘态通过狭窄的间隙。

在这种配置中，如上图所示，他们能够测量等于e基本值一半的电导率2/h.该实验结果与长期以来对ν = 2/3分数量子霍尔态边缘态的理论预测一致。

“我们有一个半导体结构，其中包含排列在一个平面上的电子，称为二维电子系统。当你将电子冷却到低温并将它们置于强磁场中时，它们会形成称为量子霍尔态的特殊物质状态，“Nakamura解释说。

“在磁场的一定值下，量子霍尔态称为ν = 2/3分数量子霍尔态。在所有量子霍尔态下，电流由围绕样品边缘流动的边缘态携带，它们是手性的，这意味着每个边缘态只沿一个方向流动（顺时针或逆时针）。理论物理学家预测ν = 2/3状态具有特殊性质，即有两个边缘状态彼此以相反的方向流动，一个顺时针，另一个逆时针。

“这与大多数量子霍尔态不同，在大多数量子霍尔态中，所有边缘态都朝同一方向流动。我们使用了一种称为量子点接触的带有金属门的设备来控制边缘状态，我们对量子点接触中边缘状态的测量证实了我们设备中的逆流边缘状态。

“量子点接触使样品相对边缘的边缘状态靠近在一起。我们测量了整个设备的电导值，等于值e的一半2/h，其中e是电子的电荷，h是普朗克常数。电导的这个值是强有力的实验证据，证明我们的系统具有具有两个逆流边缘状态的边缘结构。

这项研究是理解和操纵分数量子霍尔体系中带分数电荷的任意子的持续探索的一部分，这是一个丰富的测试平台，用于探索拓扑在凝聚态物理学中的影响，可用于创建量子比特。

更多信息： J. Nakamura 等人，量子点接触中 ν=2/3 分数量子霍尔态的半整数电导平台，物理评论快报 （2023）。DOI： 10.1103/物理修订版.130.076205

期刊信息：物理评论快报