如果分数量子霍尔体系是一系列高速公路，这些高速公路将有两个或四个车道。二通量或四通量复合费米子的流动，就像汽车在二至四通量复合费米子交通场景中一样，自然地解释了在多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，分数量子霍尔体系并不限于二通量或四通量，并且发现了一种新型涌现粒子的存在，他们将其称为六通量复合费米子。

物理学家发现了一种具有新型涌现粒子的量子态六通量复合费米子

GaborCsathy，普渡大学理学院物理与天文学系教授兼系主任，博士。学生黄浩云、瓦西姆·侯赛因和最近的博士学位。研究生肖恩·迈尔斯(SeanMyers)在普渡大学西拉斐特校区领导了这一发现。Csathy认为主要作者Huang构思并领导了测量，并撰写了手稿的大部分内容。所有超低温测量均在Csathy物理楼实验室完成。他的实验室进行强相关电子物理研究，有时也称为拓扑电子物理。

电子的弱相互作用已得到充分证实，并且其行为是相当可预测的。当电子相互作用较弱时，电子通常被认为是整个系统的自然组成部分。但当电子强烈相互作用时，通过考虑单个电子来解释系统行为几乎是不可能的。

“这种情况发生在极少数情况下，例如我们研究的分数量子霍尔体系，”Csathy说。“为了解释分数量子霍尔态，复合费米子是一种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霍尔态的整个子集。但是所有完全发展的(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：二通量和四通量复合费米子。

“在这里，我们报告了一种新的分数量子霍尔态，它无法用任何先前的想法来解释。相反，我们需要援引一种新型涌现粒子的存在，即所谓的六通量复合费米子。新的分数量子霍尔态已经足够稀缺了。然而，凝聚态物理中新出现的粒子的发现确实是罕见且令人惊叹的。”

目前，这些想法将用于扩展我们对已知分数量子霍尔态排序到“元素周期表”中的理解。这一过程尤其值得注意的是，出现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磁通量量子，形成了迄今为止已知的最复杂的复合费米子。

“这个复杂的物理难题的数字命理学需要相当大的耐心，”Csathy的博士浩云黄说。学生。“以nu=2/3分数态为例。由于2/3=2/(2*2-1)，所以nu=2/3态属于二通量族。同样，对于nu=2/7分数态，2/7=2/(2*4-1)，因此该态属于四通量族。相比之下，我们发现的分数态与2/11=2/(2*6-1).在我们的工作之前，没有看到与六通量复合费米子相关的完全量化的分数量子霍尔态。在理论方面情况完全不同：预测了此类复合费米子的存在JainendraJain在其1989年发表的极具影响力的复合费米子理论中提出了这一观点。在这34年里，并未观察到相关的量子化。”

这项研究中使用的材料是由洛伦·菲佛领导的普林斯顿大学团队培育的。GaAs半导体的电气质量对该研究的成功发挥了巨大作用。Csathy表示，这个普林斯顿集团在生产最高质量的砷化镓基材料方面处于世界领先地位。

“他们生长的砷化镓非常特别，因为缺陷数量少得惊人，”他说。“Csathy实验室的低无序度和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原因之一是，最近普林斯顿小组显着提高了GaAs半导体的质量，正如测量的那样“这些改进的样本肯定会继续成为新物理学的游乐场。”

这一令人兴奋的发现是Csathy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不断突破发现的极限。