Firme degli stati Hall anomali quantistici frazionari in Twisted MoTe2

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L’interazione tra la rottura spontanea della simmetria e la topologia può portare a stati quantistici esotici della materia. Un celebre esempio è lo stato quantistico anomalo di Hall (QAH), che mostra un effetto Hall quantistico intero a campo magnetico zero a causa del ferromagnetismo intrinseco1-3. In presenza di forti interazioni elettrone-elettrone, possono emergere stati di QAH frazionario (FQAH) con campo magnetico zero4-8. Questi stati potrebbero ospitare eccitazioni frazionarie, compresi gli anioni non abeliani, elementi cruciali per il calcolo quantistico topologico. Qui riportiamo le firme sperimentali degli stati FQAH nel doppio strato MoTe2 contorto. Le misurazioni del dicroismo circolare magnetico rivelano robusti stati ferromagnetici su minibande moiré riempite in modo frazionario. Utilizzando la fotoluminescenza trionica come sensore10, otteniamo un diagramma a ventaglio di Landau che mostra spostamenti lineari nelle densità dei portatori corrispondenti agli stati ferromagnetici v = -2/3 e -3/5 con campo magnetico applicato. Questi spostamenti corrispondono alla dispersione della formula di Streda degli stati FQAH con conduttanza Hall quantizzata frazionaria di \({{\boldsymbol{\sigma }}}_{{\boldsymbol{xy}}}=-\frac{2}{3}\frac {{e}^{2}}{h}\) e \(-\frac{3}{5}\frac{{e}^{2}}{h}\), rispettivamente. Inoltre, lo stato v = -1 mostra una dispersione corrispondente al numero Chern -1, coerente con lo stato QAH previsto11-14. In confronto, diversi stati non ferromagnetici dal lato del drogaggio elettronico non si disperdono, cioè sono isolanti banalmente correlati. Gli stati topologici osservati possono essere guidati elettricamente in stati topologicamente banali. I nostri risultati forniscono prove degli stati FQAH a lungo ricercati, dimostrando i superreticoli moiré MoTe2 come un’affascinante piattaforma per esplorare le eccitazioni frazionarie.

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Questi autori hanno contribuito equamente: Jiaqi Cai, Eric Anderson

Dipartimento di Fisica, Università di Washington, Seattle, Washington, USA

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

Dipartimento di Scienza e Ingegneria dei Materiali, Università di Washington, Seattle, Washington, USA

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

Dipartimento di Fisica, Università di Hong Kong, Hong Kong, Cina

Fengren Fan e Wang Yao

Istituto congiunto HKU-UCAS di fisica teorica e computazionale a Hong Kong, Hong Kong, Cina

Fengren Fan e Wang Yao

Centro internazionale per la nanoarchitettura dei materiali, Istituto nazionale per la scienza dei materiali, 1-1 Namiki, Tsukuba, Giappone

Takashi Taniguchi

Centro di ricerca per materiali funzionali, Istituto nazionale per la scienza dei materiali, 1-1 Namiki, Tsukuba, Giappone

Kenji Watanabe

Dipartimento di Fisica, Boston College, Chestnut Hill, MA, USA

Ying Ran

Dipartimento di Fisica, Massachusetts Institute of Technology, Cambridge, Massachusetts, USA

Liang Fu

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