反对电子的运动并不是探测稀有物质量子态的最佳方法，但热电势却是。

想象一个超冷、超薄的电子层被困在一个强磁场中。正常情况下，电子是独立运动的，但在极端条件下，它们开始以高度协调的方式运动 —— 那么这里发生了什么？

电子正在形成一种新的量子态，在这种状态下，它们的运动就好像是分数粒子，而不是完整的电子。这种罕见而特殊的物质状态被称为分数量子霍尔（FQH）效应。

这是非常重要的，因为它可能导致拓扑量子计算机的发展，这种计算机被认为比目前的量子计算机更稳定。此外，FQH还可以促进新的量子材料和应用的创造。

然而，使用现有方法详细检测和研究FQH非常具有挑战性，这涉及到测量材料抵抗电流的能力。一组研究人员意识到了这个问题，并发现了一种完全不同的方法。

利用热电势捕捉FQH

研究人员没有依赖于电阻率，而是尝试了一种基于热电势的不同方法。热电势是一种当材料以一侧热而另一侧保持冷的方式加热时会产生小电压的属性。

热量使电子从热的区域移动到冷的区域，产生电压。“事实证明，通过测量这个电压（即热电势），人们可以测量系统的熵，一个热力学量，”乔治梅森大学（GMU）的研究人员之一、物理学教授Fereshte Ghahari说。

以往的研究表明，热电势和熵成正比，它们与FQH态的异常量子行为密切相关。因此，与单独的电阻率测量相比，热电势测量可以更深入地了解这些奇异状态。该研究的作者决定验证这一现象。

他们选择了伯纳堆叠的双层石墨烯，一层的石墨烯原子与第二层的原子部分排列，形成独特的结构。这种特殊的堆叠会影响电子在材料中移动的方式，使其成为研究FQH态等量子效应的绝佳平台。

当研究作者加热材料并进行热电势测量时，他们可以前所未有地检测到FQH状态。热电势信号以异常的灵敏度揭示了FQH状态。

使用传统的电阻率方法是不可能得到这样的发现的。研究人员指出：“我们证明了分数量子霍尔态的磁热电势探测比电阻率测量更敏感。”

“总的来说，我们的发现揭示了热电势测量的独特能力，为石墨烯系统（包括莫尔材料）的相关和拓扑状态的实验和理论研究引入了一个新的平台，”Ghahari总结道。

希望这些发现能帮助我们认识到FQH效应的真正潜力。然而，同样的方法是否可以用于探测其他奇异量子态仍有待进一步的研究。

这项研究发表在《自然物理学》杂志上。

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