《美国国家科学院院刊》刊登林熙研究组关于5/2分数量子霍尔态的新工作

北京大学量子材料科学中心林熙副教授与美国麻省理工M. A. Kastner教授、普林斯顿大学L. N. Pfeiffer教授合作，通过边界电流隧穿的实验手段，发现局域条件下的5/2分数量子霍尔态存在相竞争、其中一个相可能携带非阿贝尔统计。

分数量子霍尔效应自发现以来，一直是一个研究相互作用的理想系统，在分数量子霍尔效应领域，许多新奇的物理现象被观测到并被理论解释。其中，1987年被观测到5/2分数量子霍尔态是一个有趣的量子态，它无法直接用常规的复合费米子理论解释。一些理论预言5/2态中的准粒子可能携带非阿贝尔统计。携带非阿贝尔统计的准粒子可能可以用于拓扑量子计算，它有望解决量子计算中的核心困难退相干问题，因而，5/2态的研究在近10年得到了比较多的关注。

在对5/2态的理论研究中，人们普遍认为5/2态携带非阿贝尔统计；在对5/2态的实验研究中，较多的实验支持其携带非阿贝尔统计，然而这个问题在实验上尚未有定论。近些年通过局域条件开展的边界电流隧穿实验中，早期实验支持非阿贝尔统计存在，然而更新的实验却支持阿贝尔统计，这个矛盾的观测结论令人困惑，同时，边界电流隧穿也是通过5/2态实现准粒子操作的一个重要手段，因而该问题值得仔细研究。

在由普林斯顿大学提供的高迁移率二维电子气样品上，林熙课题组在北京大学内完成器件制备和极低温测量，实验发现，通过改变局域条件，边界电流隧穿的结果由支持阿贝尔统计变更为支持非阿贝尔统计，并且，无局域条件下的5/2态可能属于非阿贝尔的anti-Pfaffian state，与理论预测符合。该工作的意义不仅在于澄清了前期相关实验中的矛盾，还为拓扑量子计算器件的设计提供了一些信息。北大博士生付海龙从2012年起加入此工作，他参与了极低温环境的搭建与降低电子温度的实验改造、完成了超高迁移率微观结构样品的制备和极低温下的测量、并参与了数据分析和文章写作。

相关文章已于2016年10月19在《美国国家科学院院刊》上在线刊登（PNAS，http://www.pnas.org/content/early/2016/10/17/1614543113），北大博士生付海龙为第一作者，林熙与M. A. Kastner为通讯作者。本工作得到国家重大科学研究计划和国家自然科学基金的经费资助。