近日，中国科学技术大学合肥微尺度物质科学国家实验室国际功能材料量子设计中心与中科院强耦合量子材料物理重点实验室教授曾长淦研究组，在低维量子输运领域取得系列新进展，发现电子-等离激元耦合对石墨烯电子输运过程中的量子相干性有极大的增强效应，并实现氧化物界面二维电子气自旋轨道耦合的光学调控。研究成果相继发表在Physical Review Letters和Nano Letters上。
2017年4月20日，安徽合肥，在中国科大多光子纠缠实验室，黄合良（左）和罗弋涵正在进行量子计算和量子实验。 东方IC 图
在固体中运动的电子与不同准粒子（声子、极化子等）之间的多体耦合作用，导致一系列重要的物理效应。例如，电子-声子相互作用使自旋相反的电子形成库珀对从而引发超导。此外，等离激元是大量电子集体相干振荡形成的准粒子。近年来，等离激元的量子特性陆续被发现，以往实验揭示量子纠缠经历了从光子到等离激元再到光子的转化过程后仍得以保持。核心问题是，等离激元是否影响以及如何影响电子的量子输运特性。研究团队与台湾清华大学教授果尚志研究组、中国科大教授张振宇研究组等合作，对这一问题进行了深入探索。
研究团队制备了石墨烯与纳米金颗粒阵列的复合体系，以激光辐照来激发金颗粒的局域等离激元，再通过金颗粒与石墨烯之间的近场耦合激发石墨烯的等离激元。随后以弱局域化量子输运作为有效探针，发现激发等离激元能够极大增强石墨烯电子的量子相干性，其量子相干长度甚至可增加到原来的3倍。微观唯象理论分析表明，电子-等离激元耦合能够有效抑制破坏量子相干的非弹性散射，如图1所示。这种电子-等离激元耦合对量子相干性的增益，为探索准粒子间相互作用从而实现非平庸量子效应和设计量子器件开辟了新视野。研究成果发表在《物理评论快报》上。
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