分数量子霍尔效应体系中,电子会分裂为准粒子 —— 部分子(parton),该物理图像为理解分数化物态提供了直观理论框架。
低能部分子等价于已被广泛证实的复合费米子物态;理论预言体系中还存在高能部分子,但始终缺乏直接实验证据。
近期学界提出一套分数量子霍尔效应几何理论:体系量子度规发生涨落时,会产生手性自旋 2 中性激发,即引力子(graviton)。
南大青年物理学家杜灵杰团队利用圆偏振共振非弹性光散射技术,观测到多种手性引力子激发。填充因子 ν=2/7 时,实验观测到两条尖锐激发模,二者手性相反,分别对应低能引力子与高能引力子;填充因子 ν=2/9 时,多种引力子具备相同手性;
而在填充因子 ν=1/4 的无隙类费米液体基态中,高能引力子依旧作为有隙手性激发稳定存在。上述观测证明手性引力子是对应部分子的几何激发。本工作建立了通过探测手性引力子表征部分子的实验手段,为探索各类分数化量子物质开辟新路径。
杜灵杰,南京大学至诚特聘教授,博士生导师。领衔研究的成果入选“中国科学十大进展” ,“中国十大科技进展新闻”,“江苏基础研究领域十大科技进展”和“南京市十大科技成果”等。荣获中国青年五四奖章,陈嘉庚青年科学奖等。以通讯作者在Nature, Nature Physcis, Nature Nanotechnology, Nature Electronics等Nature和Science子刊, Physical Review Letters等国际学术期刊上发表多篇论文;受邀在《人民日报》发表文章1篇。本课题组的主要研究方向:基于III-V族半导体结构,通过输运和光学的综合测量手段在极低温强磁场下研究新型量子态及涌现效应,如激子分数量子霍尔效应和量子霍尔引力子等。担任中国物理学会光散射专委会委员,中国青年科技工作者协会基础科学与前沿研究专委会秘书长等,担任《低温工程》编委,物理四刊(《Chinese Physics Letters》、《Chinese Physics B》、《物理学报》和《物理》)青年编委等。https://www.nature.com/articles/s41567-026-03338-9