科学家在石墨烯─氮化硼超晶格发现了新的准粒子家族，称为 Brown-Zak 费米子，在施加特定磁场的情况下竟沿直线轨迹移动，这项发现不只对电子传递基础研究相当重要，也有机会促进新型电子元件发展。
准粒子（quasiparticle）一词由理论物理学家 Lev Landau 于 1940 年代引入，在物理学，准粒子是种发生在微观复杂系统的突现现象，集体效应描述为“单粒子激发”，可说是凝聚态物理学与量子多体系统最重要的概念之一。
近年来，科学家开始研究石墨烯─氮化硼超晶格（superlattice），这种材料结构可以观察到电子于磁场出现绝妙分型图案，称为“霍夫施塔特蝴蝶”（Hofstadter’s butterfly），然而当曼彻斯特大学团队将石墨烯层原子晶格对准绝缘氮化硼片原子晶格、并施加特定磁场值时，却发现结构里的电子发生令人惊讶的行为。
若按照理论预期，电子在跑进均匀磁场的情况下会呈现等速率圆周运动，然而当研究人员将石墨烯─氮化硼超晶格磁场设定为某个特定值时，却发现电子再次沿直线轨迹移动，仿佛磁场消失了。
▲ 电子在石墨烯─氮化硼超晶格强磁场的运动行为改变。（Source：曼彻斯特大学）
原本科学家仍以狄拉克费米子（Dirac fermion）来思考石墨烯超晶格中集体电子的行为，但狄拉克费米子并不能解释某些实验结果，也不符合该状态下准粒子的有限质量。因此研究人员归因于高磁场下有新型准粒子“Brown-Zak 费米子”（Brown-Zak fermions）形成，它们有自己的独特性能和极高迁移率（粒子系统中，迁移率定义为粒子在施加电流时行进的能力）。
石墨烯结构中，高迁移率一直是圣杯，因此类材料将有其他特性（整数／分数量子霍尔效应）可制造超高频晶体管。新研究中，科学家制备了高纯度超大型石墨烯元件，获得几百万 cm²/Vs 电子迁移率，这代表粒子能直接在整个设备传递而不会发生散射。
施加磁场原本会降低电子迁移率，然而这些在超晶格强磁场下出现的新型准粒子反其道而行，将能为一些极端条件下运行的电子设备开辟前景。
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（首图来源：俄亥俄州立大学）
