材料电导量子化与电子弹道输运是介观物理学中核心关联现象。电导量子化源于电子波导模式的量子化，表现为电导在低温强磁场下以2e²/ℎ为单位的台阶变化；弹道输运则是电子在纳米尺度内无散射的输运过程。清晰观测到电导量子化的前提正是电子处于弹道输运区域。此过程中电子输运保持相位相干、几乎无能量耗散，从而在根本上抑制焦耳热，为未来低功耗电子学与拓扑量子计算提供了物理基础。159知多少教育网-记录每日最新科研教育资讯

低维体系中的电导量子化是弹道输运的显著标志，也为探索量子关联效应提供了重要途径。高指数的电导量子化平台不仅意味着达到相同电阻平台所需的外加磁场更低，从而降低了器件运行难度与成本，还通常表现出更宽、更平坦的特性，对应更宽的操作参数范围和更高的操作温度；其更大的能级间隔有助于抑制热涨落，显著降低对控制精度的要求，提升器件的实用性与容错性。为实现高质量（高平台指数、清晰量子化）的弹道输运，材料需满足极高要求：极高的纯净度与结构完整性以抑制弹性散射，确保电子平均自由程远大于器件尺寸；极低的载流子密度与优异的静电可控性，以通过栅压调控费米能级；还需具备如强自旋轨道耦合（SOC）等特定能带拓扑结构。然而，受材料质量及散射影响，量子干涉易被破坏，导致量子化平台模糊甚至消失。此前观测到的量子化平台指数多局限在10以内（即量子化电导≤10×2e²/h）。如何实现更高阶的弹道输运，并利用其独特的能带结构探索新奇物理效应，是该领域面临的重要挑战。159知多少教育网-记录每日最新科研教育资讯

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图1（a）Bi₂O₂Se中的隐藏Rashba效应；（b）Bi₂O₂Se纳米带中的双层隐藏Rashba能带结构；（c—d）磁场下的电导量子化；（e）多种一维材料体系中量子化平台指数的对比研究159知多少教育网-记录每日最新科研教育资讯

新兴的铋基二维半导体硒氧化铋Bi₂O₂Se体系近年来被北京大学彭海琳课题组发现并合成（Nature Nanotech.2017,12,530;Nature 2023,616,66;Nature Mater. 2025,24,519），具有超高的载流子迁移率、合适的带隙、出色的空气稳定性、匹配的高介电常数自然氧化物、强自旋轨道耦合（SOC）、6S²孤对电子效应、特殊的中心反演对称结构等特性。层状Bi₂O₂Se中[Bi₂O₂]²⁺层形成特殊的双层拉什巴（Rashba）结构，上下两层Bi交替堆叠，局部反演对称性破缺导致自旋极化相反，但整体自旋简并，产生独特的隐藏拉什巴效应（Hidden Rashba effect），显著地降低材料在强磁场下的塞曼劈裂，在新奇量子效应探索领域备受关注。彭海琳团队前期在此体系中首次观测到了隐藏自旋极化诱导的偶数量子霍尔效应以及电场可调的量子霍尔态奇偶转变（Nature Nanotech.2024,19,1452;Phys.Rev.Lett.2025,135, 246302）159知多少教育网-记录每日最新科研教育资讯

近期，北京大学化学与分子工程学院彭海琳教授、谭聪伟副研究员团队与中国科学院物理研究所/北京凝聚态物理国家研究中心屈凡明研究员、吕力研究员团队等合作，基于化学气相沉积生长的高质量Bi₂O₂Se纳米带，制备了纳米器件，并在低温强磁场环境下开展了系统的输运研究。研究团队在零磁场下观测到了清晰的量子化电导平台，其量子化指数高达44（即44×2e²/h），远超此前在纳米线等一维体系中的记录，有力证明了该材料优异的弹道输运特性。更重要的是，实验发现在高达12 T的强磁场下，量子化电导平台依然保持为2e²/h的整数倍，未出现常规塞曼效应导致的半整数平台（e²/h）（图1）。结合理论计算，研究团队指出这种现象源于隐藏拉什巴效应与层间耦合的竞争，显著抑制了有效g因子，从而保护了能带的自旋简并度。此外，在特定磁场范围内，量子化电导序列演化为1, 3, 6, 10, 15...×2e²/h，呈现出帕斯卡三角形特征，揭示了纳米带在宽度和厚度两个横向维度上尺寸量子化效应的独特相互作用（图2）。相关成果以“Quantized Conductance in a CVD-Grown Nanoribbon with Hidden Rashba Effect”为题发表于 Physical Review Letters 136, 046302 (2026)。159知多少教育网-记录每日最新科研教育资讯

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图2（a）量子化电导帕斯卡三角;（b）磁场调控下的Bi₂O₂Se纳米带中量子化电导随栅压 V _G变化的演化关系。（b）重归一化跨导dG/dμ与化学势μ和磁场B的关系图谱159知多少教育网-记录每日最新科研教育资讯

该工作不仅创下了一维体系量子化电导阶数的新记录，更通过电输运实验证实了隐藏拉什巴效应及其对磁场的独特响应。超高阶量子化电导平台的观测为弹道输运提供了明确判据。在实际应用中，无序散射是限制准一维材料实现马约拉纳零模等应用的关键障碍。此外，研究揭示的自旋-层锁效应源于其独特的隐藏拉什巴能带结构，使Bi₂O₂Se成为研究压电效应、二次谐波产生等物性的理想载体——这些性质以为被认为仅存在于反演不对称体系中。该研究成果不仅展示了铋基二维半导体Bi₂O₂Se在未来自旋电子学器件中的应用潜力，也为在强电子-电子相互作用体系中研究量子关联效应提供了极具吸引力的实验平台，对发展低耗散量子/电子器件与克服芯片热耗散问题具有重要意义。159知多少教育网-记录每日最新科研教育资讯

该工作得到了国家重点研发计划、国家自然科学基金委、中国科学院战略性先导、综合极端条件实验装置（SECUF）、科技创新2030重大项目以及新基石科学基金会等的资助。物理所博士生肖建飞、马艺文与北京大学谭聪伟副研究员为论文共同第一作者，物理所屈凡明、吕力研究员与彭海琳、谭聪伟为共同通讯作者。159知多少教育网-记录每日最新科研教育资讯

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