Assinaturas de estados anômalos de Hall quântico fracionário em Twisted MoTe2

Natureza (2023)Cite este artigo

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A interação entre a quebra espontânea de simetria e a topologia pode resultar em estados quânticos exóticos da matéria. Um exemplo célebre é o estado Hall anômalo quântico (QAH), que exibe um efeito Hall quântico inteiro em campo magnético zero devido ao ferromagnetismo intrínseco . Na presença de fortes interações elétron-elétron, estados QAH fracionários (FQAH) em campo magnético zero podem surgir . Esses estados poderiam hospedar excitações fracionárias, incluindo anyons não-abelianos – blocos de construção cruciais para a computação quântica topológica9. Aqui, relatamos assinaturas experimentais de estados FQAH na bicamada torcida de MoTe2. Medições de dicroísmo circular magnético revelam estados ferromagnéticos robustos em minibandas moiré com preenchimento fracionado. Usando a fotoluminescência trion como sensor, obtemos um diagrama em leque de Landau mostrando mudanças lineares nas densidades dos portadores correspondentes aos estados ferromagnéticos v = -2/3 e -3/5 com campo magnético aplicado. Essas mudanças correspondem à dispersão da fórmula de Streda dos estados FQAH com condutância Hall fracionadamente quantizada de \({{\boldsymbol{\sigma }}}_{{\boldsymbol{xy}}}=-\frac{2}{3}\frac {{e}^{2}}{h}\) e \(-\frac{3}{5}\frac{{e}^{2}}{h}\), respectivamente. Além disso, o estado v = -1 exibe uma dispersão correspondente ao número de Chern -1, consistente com o estado QAH previsto . Em comparação, vários estados não ferromagnéticos no lado dopante de elétrons não se dispersam, ou seja, são isolantes correlacionados triviais. Os estados topológicos observados podem ser eletricamente conduzidos para estados topologicamente triviais. Nossas descobertas fornecem evidências dos tão procurados estados FQAH, demonstrando as superredes moiré MoTe2 como uma plataforma fascinante para explorar excitações fracionárias.

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Estes autores contribuíram igualmente: Jiaqi Cai, Eric Anderson

Departamento de Física, Universidade de Washington, Seattle, Washington, EUA

Jiaqi Cai, Eric Anderson, William Holtzmann, Yinong Zhang, Di Xiao e Xiaodong Xu

Departamento de Ciência e Engenharia de Materiais, Universidade de Washington, Seattle, Washington, EUA

Chong Wang, Xiaowei Zhang, Xiaoyu Liu, Ting Cao, Di Xiao e Xiaodong Xu

Departamento de Física, Universidade de Hong Kong, Hong Kong, China

Fã Fengren e Wang Yao

Instituto Conjunto HKU-UCAS de Física Teórica e Computacional em Hong Kong, Hong Kong, China

Fã Fengren e Wang Yao

Centro Internacional de Nanoarquitetura de Materiais, Instituto Nacional de Ciência de Materiais, 1-1 Namiki, Tsukuba, Japão

Takashi Taniguchi

Centro de Pesquisa para Materiais Funcionais, Instituto Nacional de Ciência de Materiais, 1-1 Namiki, Tsukuba, Japão

Kenji Watanabe

Departamento de Física, Boston College, Chestnut Hill, MA, EUA

Ying Ran

Departamento de Física, Instituto de Tecnologia de Massachusetts, Cambridge, Massachusetts, EUA

Liang Fu

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