南京大学杜灵杰课题组作为核心主导团队，联合普林斯顿大学、南洋理工大学、印度马德拉斯数学科学研究所多支理论与实验团队协同完成，杨子灏、王一帆为共同第一作者。研究依托圆偏振共振非弹性光散射（CP-RILS）实验表征手段，首次在多种分数量子霍尔（FQH）填充态中直接观测区分高低两类手性引力子激发，从实验层面证实分子（parton）图景的物理实在性，厘清复合费米（CF）理论与广义分子理论的核心适用边界；在 2/7、2/9 不可压缩 FQH 态与 1/4 可压缩复合费米液体（CFFL）中完成对照测量，观测到仅分子理论可完整解释的高能引力子模式，解决长期以来高能分子缺乏直接实验证据的领域难题，建立以手性几何激发反演体系分子组分的全新实验范式，为强关联拓扑流体的微观结构探测提供标准化光学表征路径。分数量子霍尔效应是二维电子气在强垂直磁场下形成的强关联拓扑物态体系，体系中电子会发生分数化，衍生携带分数电荷的准粒子，分子理论与复合费米理论是两类核心微观描述框架。复合费米理论仅能刻画低能准粒子动力学，仅适配一阶贾因序列填充；而广义分子理论将单个电子拆解为多组分不同电荷的分子，分为低能分子与高能分子两类，前者行为与复合费米一一对应，后者是独立的新型激发载体，仅存在二阶及更高阶贾因填充态中。长久以来，常规电输运测量仅对低能激发敏感，无法捕获高能分子对应的集体响应，高能分子是否真实存在始终缺乏直接实验佐证；同时哈尔登提出的 FQH 几何理论预言手性自旋 2 引力子源自量子度量的涨落，但不同填充态下多引力子共存、手性差异化现象无法依靠复合费米模型解释，成为理论与实验脱节的关键研究缺口。
研究团队选取两种超高迁移率 GaAs 量子阱二维电子气样品，搭建倾斜背散射构型的 CP-RILS 低温光学测量平台，该技术可选择性区分光子自旋转移通道，单独分离不同手性的中性集体激发，弥补传统非偏振光散射、直流输运仅能无差别采集全部激发的局限。实验体系冷却至毫开温区，通过超导磁体精准调控垂直与总磁场，精准锁定 2/7、2/9、1/4 三类典型填充因子；其中 2/7、2/9 属于二阶不可压缩 FQH 态，体系同时存在正负有效磁场作用的高低能分子，理论预言两种手性相反的引力子；1/4 为可压缩费米液体，复合费米理论预测不存在能隙型中性激发，分子理论却指出高能玻色分子会形成有能隙拉夫林态，产生高能手性引力，三类填充形成完整对照体系，用于区分两套理论的适配范围。
在 2/7 填充态的核心测量中，实验光谱清晰分辨出两组独立窄峰激发信号，分别对应 S=+2 低能引力子与 S=-2 高能引力子，两种模式仅出现在对应的圆偏振散射通道，峰值半高宽仅数十微电子伏，证明激发具备长寿命拓扑保护特征。温度依赖测试显示两种引力子均在 500 毫开左右完全湮灭，仅严格稳定存在于 FQH 基态区间；通过改变样品倾斜角调控光散射入射波矢，证实引力子仅属于长波极限下的量子几何涨落。数值层面采用精确对角化与分子波函数两种方法计算激发能，引入有限量子阱宽度对应的统一缩放系数拟合实验峰位，理论预测与实验光谱完全重合。团队进一步开展 2/9 填充对照实验，该填充下高低能分子均处于同向有效磁场，因此观测到两类引力子具备完全相同 S=-2 手性，再次印证分子有效磁场决定引力子手性的核心规律。
最关键的验证来自 1/4 可压缩复合费米液体体系。按照传统复合费米理论，该填充下复合费米无剩余磁通，不存在任何有能隙中性激发；但 CP-RILS 实验依旧观测到清晰 S=-2 高能引力窄峰。依据分子构造，1/4 体系中电子拆解为中性低能分子与带分数电荷高能分子，中性分子形成无隙费米海，高能分子独立构成有能拉夫林态，该引力正是高能分子的几何涨落激发，此观测结果无法通过复合费米框架阐释，直接给出高能分子存在决定性实验证据。温度与填充因子扫谱显示该高能引力仅稳定存在于 1/4 窄区间，具备与不可压缩 FQH 引力一致的窄线宽特征，证明即便体系整体可压缩，高能分子对应的拓扑有隙子体系依旧独立存在。
研究通过多填充态的偏振分辨光散射实验，完整证实分子是 FQH 体系真实涌现的微观准粒子，明确复合费米仅为分子理论的低能特例；手性引力子作为分子几何激发的直接光谱标识，实现了不同种类分子的无损光学探测。该实验范式可推广至任意贾因序列、莫尔分数霍尔体系、超冷原子模拟 FQH 系统，为非阿贝尔拓扑态、超重力类强关联模型的实验验证提供可行手段，填补高能强关联拓扑激发的探测空白，完善分数化拓扑流体从微观准粒子到宏观集体响应的完整研究链条。
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