英國曼徹斯特大學Nature：石墨烯又一重大發現

虛谷納物 3個月前 (04-13) 1101瀏覽

一、導讀

各種各樣的機制——包括內在的和外在的——可以導致金屬體系中的大磁阻(MR)。對這些機制的探索已經持續了一個多世紀，但仍然存在許多未解之謎，尤其是在各種狄拉克和Weyl體系、奇怪金屬等新材料中報道的MR。無論某一特定磁流變行為背后的機制是什么，它總是依賴于磁場B對電子軌跡的終結，因此，高載流子遷移率μ是觀測到大磁流變的必要前提。在液氦溫度下，在許多高μ體系中觀測到巨大的磁流變(在10 T的磁場中達到約106%)。然而，由于遷移率隨溫度T的升高而降低，導致液氮溫度以上的MR很小。那些極少數載流子在室溫下保持高流動性的材料(如摻雜石墨烯和銻化銦)都是非補償體系，并且，與經典的正常金屬理論一致，它們的縱向電阻率ρ_xx在高B時飽和，再次導致小MR。只有存在擴展缺陷或特殊設計的四探針器件，產生強烈的非均勻電流流，才能導致大但非均勻的MR。石墨烯電子譜最明顯的特征是它的狄拉克點，很多有趣的現象往往圍繞著這個點聚集。在低溫下，這種狀態下的內在行為通常被電荷不均勻性所掩蓋，但熱激發可以在高溫下克服這種無序，并產生狄拉克費米子的電子空穴等離子體。狄拉克等離子體被發現具有不同尋常的特性，包括量子臨界散射和流體動力流。然而，人們對等離子體在磁場中的行為知之甚少，本文則給出了創新性探索。

二、成果掠影

最近，來自英國曼徹斯特大學的A. K. Geim教授，Alexey I. Berdyugin以及蘭開斯特大學的L. A. Ponomarenko報告了量子臨界狀態下的磁輸運。在低磁場中，等離子體在室溫0.1特斯拉的磁場中表現出巨大的拋物線磁電阻率，達到100%以上，比在任何其他系統中發現的磁電阻率都要高幾個數量級。研究表明：這種行為是單層石墨烯獨有的，盡管經常(普朗克極限)散射，但其無質量光譜和超高遷移率為其提供了支持。隨著在幾特斯拉的磁場中朗道量子化的開始，其中電子空穴等離子體完全位于第0朗道能級，巨大的線性磁電阻率出現。它幾乎與溫度無關，可以通過近距離篩選抑制，表明它是多體起源。與奇怪金屬中的磁輸運和Weyl金屬預測的所謂量子線性磁電阻的明確平行。本文為進一步探索使用這種定義良好的量子臨界二維系統的相關物理提供了一個有趣的機會。相關成果以“

Giant magnetoresistance of Dirac plasma in high-mobility graphene”為題發表在Nature期刊上。