近日，英國《自然?物理》雜志【Nature Physics 7, 953 (2011)】報道了中國人民大學物理系張立源研究組與美國布魯克海文國家實驗室（BNL）的Igor Zaliznyak研究組以及紐約大學石溪分校(SUNY)等單位的合作研究成果。他們通過實驗測量了一種三層石墨烯體系在磁場作用下的量子輸運性質(zhì)，驗證了此前理論上預言的一種電子新奇“準粒子”行為，為今后的三層石墨烯研究提供了新思路。這一成果還被ScienceNews等國內(nèi)外多家媒體報道。

張立源副教授研究組專注于低維量子結(jié)構(gòu)的納米加工及微納米電子器件在極端條件（低溫、強磁場）下的電子輸運和磁、光等物性測量的實驗研究，并在最近取得一系列研究成果，如Nature Physics 6, 870 (2010)；Phys. Rev. Lett. 105, 046804 (2010)等。他們與紐約州立大學石溪分校的杜序教授合作，研制成功一種新型懸掛式石墨烯電子器件，能有效地消除基底對石墨烯的影響，測量石墨烯的本征電子學性質(zhì)。最近，他們利用這種方法制備一種以ABC方式堆疊的三層石墨烯器件，并進行了低溫強磁場下的輸運測量。他們從實驗上觀察到了一種l = 3的手性準粒子引起的量子霍耳效應，從而驗證了此前理論上預言的這種“準粒子”行為。他們還發(fā)現(xiàn)，這種準粒子的質(zhì)量與它們的運動速度（或能量）有關(guān)，其靜止狀態(tài)的質(zhì)量趨于無窮。這與此前發(fā)現(xiàn)的單層石墨烯中電子的零質(zhì)量準粒子行為恰好相反。

霍爾效應（Hall effect）是指當固體導體有電流通過，且放置在一個磁場內(nèi)，導體內(nèi)的電荷載子受到洛倫茲力而偏向一邊，繼而產(chǎn)生橫向電流方向的電壓,并由此橫向電場力來平衡洛倫茲力,此物理現(xiàn)象被愛德文?霍爾在1879年所發(fā)現(xiàn)。量子霍爾效應，是量子化條件下的霍爾效應。一般被看作是整數(shù)量子霍爾效應和分數(shù)量子霍爾效應的統(tǒng)稱。這兩種效應的發(fā)現(xiàn)分獲1985和1998年諾貝爾物理學獎。

石墨烯是單原子層石墨片，由碳原子以sp2 雜化形成的六角蜂窩狀晶格平面薄膜。2004年，英國物理學家安德烈?海姆和康斯坦丁?諾沃肖洛夫，成功地在實驗中從石墨中分離出石墨烯，并在隨后三年內(nèi),在單層和雙層石墨烯體系中分別發(fā)現(xiàn)了整數(shù)量子霍爾效應及常溫條件下的量子霍爾效應。相比而言，三層石墨烯體系不僅具有豐富的物理內(nèi)涵，而且其在電學中性點附近具有更高的能態(tài)密度。這使得自旋電流輸運變得更加容易，為人們在設(shè)計實際電子器件時提供了更多可能的“調(diào)控”方式。

本工作受到如下基金資助
國家自然 科學基金	11174366	科技部 973項目	2007CB925001