記者28日從南京大學獲悉，由該校物理學院杜靈杰教授領銜的國際團隊利用極端條件下的偏振光散射技術，在砷化鎵量子阱中對分數(shù)量子霍爾效應的集體激發(fā)進行了測量，在世界上首次觀察到引力子激發(fā)，即引力子在凝聚態(tài)物質(zhì)中的新奇準粒子。相關研究成果3月28日在線發(fā)表于《自然》雜志。

　　引力子的研究，一直是物理學研究的終極問題之一。近年來，有理論物理學家提出，分數(shù)量子霍爾效應中可能存在著引力子激發(fā)，也被稱為分數(shù)量子霍爾效應引力子。

　　“引力子激發(fā)是凝聚態(tài)物質(zhì)中的一種準粒子或者集體激發(fā)現(xiàn)象，它具有引力子特征，但不是一種真正的粒子。”杜靈杰告訴科技日報記者，引力子激發(fā)作為分數(shù)量子霍爾效應幾何理論的重要結(jié)論，對凝聚態(tài)物理研究有著非常重要的意義。但遺憾的是，分數(shù)量子霍爾效應引力子，像是個謎一樣的存在，人們此前一直沒有發(fā)現(xiàn)。

　　2019年，杜靈杰團隊在分數(shù)量子霍爾效應中發(fā)現(xiàn)了一種新的集體激發(fā)，這一結(jié)果隨即被理論物理學家認為可能是分數(shù)量子霍爾效應引力子，并提出了檢測該引力子的關鍵自旋測量方案。

　　尋找分數(shù)量子霍爾效應引力子，成為杜靈杰團隊新的目標。他們花費3年多時間，在南京大學自主設計、組裝了一臺極低溫強磁場共振非彈性偏振光散射系統(tǒng)。該系統(tǒng)像一個特殊的“望遠鏡”，有兩層樓高，可以在零下273.1攝氏度下，捕捉到最低達10G赫茲的微弱激發(fā)現(xiàn)象，并判斷其自旋。

　　“依靠這一利器，我們在砷化鎵半導體量子阱中成功觀測到分數(shù)量子霍爾效應引力子。團隊通過共振非彈性光散射，測量到了最低能量長波集體激發(fā)，并通過改變?nèi)肷浜蜕⑸涔獾淖孕^察到該激發(fā)具有自旋2的特性。”杜靈杰說，這些結(jié)果從自旋、動量和能量角度充分提供了引力子激發(fā)的實驗證據(jù)。這些發(fā)現(xiàn)，是引力子這一概念被提出以來，首次在實驗上發(fā)現(xiàn)具有引力子特征的準粒子。實驗結(jié)果為在凝聚態(tài)系統(tǒng)中研究量子引力相關物理開辟了新的視野，為拓撲量子計算的分數(shù)態(tài)波函數(shù)驗證奠定了實驗基礎，開辟了拓撲關聯(lián)物態(tài)幾何效應實驗研究的新方向。（記者金鳳）