近几十年来，电子的弹道输运特性一直是凝聚态物理学的研究热点。国内外学者致力于探究和寻找能够在室温下呈现弹道输运性质的材料。在这些材料中，石墨烯纳米带（Graphene nanoribbon, GNR）被认为是非常有前景的完美导体，理论预测其电子可以在完全无能量损耗的情况下进行长距离传输。然而，目前最普遍的刻蚀法制备出的石墨烯纳米带由于在边界存在大量的缺陷，并未能展现出弹道输运特性。过去近十年，很多课题组致力于寻找制备高质量石墨烯纳米带的方法。直到去年，美国佐治亚理工大学的科学家通过外延生长法在碳化硅衬底上制备出了高质量锯齿边界石墨烯纳米带(zGNR)。此石墨烯纳米带在室温下呈现出单通道弹道输运特性，并且弹道输运长度能够达到10微米。实验测量发现,在纳米带长度1−16微米时得到的电导率为G₀/2 = e²/h (Baringhaus等, 2014)。目前对这一单量子通道的电导尚未有比较好的物理解释。  

最近，北京师范大学物理学系何林教授指导课题组学生储昭栋（目前为美国得克萨斯大学奥斯丁分校物理学系博士生）在解释zGNR单通道弹道输运性质方面取得了突破性进展，提出了相应的理论模型。该模型中, zGNR边界碳原子的sp³轨道杂化使边界原子的自旋轨道耦合作用增强, 这一作用进一步增强了边界态的自旋翻转散射效应。当此效应足够大时, 边界自旋态会成为自旋向上与自旋向下的叠加态。此时边界的耦合降低了边界自由度, 导致zGNR的电导率下降为G₀/2。

该研究成果发表在国内新创办的英文期刊Science China Materials（《中国科学：材料科学》，原文链接:http://mater.scichina.com/EN/abstract/abstract509959.shtml , http://link.springer.com/article/10.1007/s40843-015-0081-y。该研究得到了国家自然科学基金和科技部973项目的支持。