研究透视：Nature-石墨烯量子点

在凝聚态系统的拓扑相表征中，粒子-空穴对称Particle–hole symmetry发挥着重要作用。例如，在半填充态的自由费米子系统中，并与相对论场论中的反粒子概念密切相关。

在低能量极限下，石墨烯是无间隙粒子-空穴对称系统的主要例子，并由有效狄拉克方程描述，其中拓扑相可理解为保持（或打破）对称性，从而打开间隙的研究方法之一。

重要例子之一就是石墨烯的本征Kane–Mele自旋轨道能隙，可提升自旋谷简并度，并使石墨烯成为量子自旋霍尔相中的拓扑绝缘体，同时保持粒子-空穴对称性。

今日，德国 亚琛工业大学(RWTH Aachen University)L. Banszerus and S. Möller，C. Stampfer等，在Nature上发文，报道了在双层石墨烯中，实现了电子-空穴双量子点，其表现出近乎完美的粒子-空穴对称性，其中传输的发生，主要是通过具有相反量子数的单电子-空穴对的产生和湮灭。

此外，研究证明了粒子-空穴对称自旋和谷织构，产了了受保护的单粒子自旋谷阻塞。后者将实现稳健的自旋-电荷和谷-电荷转换，这对于自旋和谷量子比特的操作，是至关重要的。

Particle–hole symmetry protects spin-valley blockade in graphene quantum dots
在石墨烯量子点中，粒子-空穴对称性保护的自旋谷阻塞。

图1:在双层石墨烯Bilayer graphene，BLG中，粒子-空穴对称性，以及电子-空穴双量子点double quantum dots，DQDs的形成。

图2:有限偏压谱和自旋谷阻断 | Finite bias spectroscopy and spin-valley blockade。

图3:探测单粒子粒子-空穴对称光谱。

图4:粒子-空穴对称性的定量评估。

文献链接

https://www.nature.com/articles/s41586-023-05953-5

https://doi.org/10.1038/s41586-023-05953-5

本文译自Nature。