Firmas de estados de pasillo anómalos cuánticos fraccionarios en Twisted MoTe2

Naturaleza (2023)Cita este artículo

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La interacción entre la ruptura espontánea de la simetría y la topología puede dar como resultado estados cuánticos exóticos de la materia. Un ejemplo célebre es el estado cuántico anómalo de Hall (QAH), que exhibe un efecto Hall cuántico entero en un campo magnético cero debido al ferromagnetismo intrínseco1-3. En presencia de fuertes interacciones electrón-electrón, pueden surgir estados de QAH fraccional (FQAH) en un campo magnético cero4-8. Estos estados podrían albergar excitaciones fraccionarias, incluidos los anyons no abelianos, componentes cruciales para el cálculo cuántico topológico9. Aquí, informamos firmas experimentales de estados FQAH en la bicapa retorcida de MoTe2. Las mediciones de dicroísmo circular magnético revelan estados ferromagnéticos robustos en minibandas de muaré llenas de orificios fraccionados. Utilizando la fotoluminiscencia de trion como sensor10, obtenemos un diagrama de abanico de Landau que muestra cambios lineales en las densidades de portadores correspondientes a los estados ferromagnéticos v = -2/3 y -3/5 con campo magnético aplicado. Estos cambios coinciden con la dispersión de los estados FQAH de la fórmula Streda con conductancia Hall cuantificada fraccionariamente de ${{\boldsymbol{\sigma }}}_{{\boldsymbol{xy}}}=-\frac{2}{3}\frac {{e}^{2}}{h}$ y $-\frac{3}{5}\frac{{e}^{2}}{h}$, respectivamente. Además, el estado v = -1 exhibe una dispersión correspondiente al número de Chern -1, consistente con el estado QAH predicho11-14. En comparación, varios estados no ferromagnéticos en el lado del dopaje electrónico no se dispersan, es decir, son aislantes correlacionados triviales. Los estados topológicos observados pueden conducirse eléctricamente a estados topológicos triviales. Nuestros hallazgos proporcionan evidencia de los estados FQAH buscados durante mucho tiempo, lo que demuestra que las superredes muaré MoTe2 son una plataforma fascinante para explorar excitaciones fraccionarias.

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Estos autores contribuyeron igualmente: Jiaqi Cai, Eric Anderson

Departamento de Física, Universidad de Washington, Seattle, Washington, EE.UU.

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

Departamento de Ciencia e Ingeniería de Materiales, Universidad de Washington, Seattle, Washington, EE.UU.

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

Departamento de Física, Universidad de Hong Kong, Hong Kong, China

Fengren Fan y Wang Yao

Instituto Conjunto HKU-UCAS de Física Teórica y Computacional en Hong Kong, Hong Kong, China

Fengren Fan y Wang Yao

Centro Internacional de Nanoarquitectónica de Materiales, Instituto Nacional de Ciencia de Materiales, 1-1 Namiki, Tsukuba, Japón

Takashi Taniguchi

Centro de Investigación de Materiales Funcionales, Instituto Nacional de Ciencia de Materiales, 1-1 Namiki, Tsukuba, Japón

Kenji Watanabe

Departamento de Física, Boston College, Chestnut Hill, MA, EE. UU.

Ying corrió

Departamento de Física, Instituto Tecnológico de Massachusetts, Cambridge, Massachusetts, EE.UU.

Liangfu

También puedes buscar este autor en PubMed Google Scholar.

Correspondencia a Xiaodong Xu.

Reimpresiones y permisos

Cai, J., Anderson, E., Wang, C. et al. Firmas de estados de pasillo anómalos cuánticos fraccionarios en Twisted MoTe2. Naturaleza (2023). https://doi.org/10.1038/s41586-023-06289-w

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Recibido: 01 de abril de 2023

Aceptado: 06 de junio de 2023

Publicado: 14 de junio de 2023

DOI: https://doi.org/10.1038/s41586-023-06289-w

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