偶数分母分数量子霍尔态中的阿哈罗诺夫-玻姆干涉

四十多年来，携带分数电荷并遵循分数统计的准粒子一直吸引着凝聚态物理界。其中，阿贝尔任意子表现出介于玻色子和费米子间的量子化交换相位，而非阿贝尔任意子更特殊，能通过粒子交换改变多体波函数，以拓扑保护方式处理量子信息。分数量子霍尔（FQH）系统因高电子迁移率、长相干时间和良好可控性，成为研究这些准粒子的重要平台。此前，分数电荷在奇数分母填充因子（阿贝尔态）及 GaAs 中偶数分母填充ν=5/2（非阿贝尔拓扑序候选）处被观察到。直接测量任意子统计需相位敏感技术，如阿哈罗诺夫 - 玻姆干涉术。Nakamura 等人用 GaAs 法布里 - 珀罗干涉仪（FPI）在ν=1/3 处实现分数电荷准粒子干涉，后续还观察到编织相位，相关成果在不同填充因子和平台得到推广。但 GaAs 中ν=5/2 处干涉研究因缺乏稳健信号，解释存挑战。偶数分母态在 GaAs、ZnO、石墨烯等多种平台被发现，双层石墨烯零朗道能级有七个半整数填充量子化平台，拓扑序在 Pfaffian 和反 Pfaffian 间交替，为研究提供丰富场景。本研究用双层石墨烯基范德华异质结中的 FPI，在两个偶数分母 FQH 平台观察到稳健的阿哈罗诺夫 - 玻姆振荡。恒定填充时，磁场和密度协同变化，干涉环出现ΔΦ=2Φ0 周期，最保守解释是 1/2e 电荷准粒子干涉（为理论预期及早期 GaAs 测量值的两倍），也可能是 1/4e 准粒子偶数次循环。研究附近奇数分母态（ν=1/3、2/3）发现，干涉周期对应 1/3e、2/3e 准粒子，且所有态干涉电荷均遵循 e*=νe，而非体准粒子最小电荷。通过独立调节电子密度偏离固定填充，引入局域化体准粒子，观察到分数填充对干涉相位的统计贡献，支持其任意子特性。进一步研究统计相位贡献发现，半填充态干涉图样变化表明额外体准粒子携带 1/4e 电荷，符合非阿贝尔任意子预期。综上，本研究有两项关键进展：一是观察到偶数分母 FQH 态中准粒子相干性（阿哈罗诺夫 - 玻姆干涉），二是通过调节磁场和密度观察到体准粒子对干涉的贡献，且体准粒子电荷为 1/4e。2Φ0 周期可能源于非阿贝尔双缠绕或阿贝尔 1/2e 准粒子干涉，区分二者需单量子点接触散粒噪声测量。阿贝尔空穴共轭态干涉电荷为基本电荷两倍的现象，可为控制准粒子隧穿提供启示，未来或在双层石墨烯不同 FQH 相直接观察非阿贝尔统计。