Signatures d’états Hall anormaux quantiques fractionnaires dans Twisted MoTe2

Nature (2023)Citer cet article

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L’interaction entre la brisure spontanée de la symétrie et la topologie peut donner lieu à des états quantiques exotiques de la matière. Un exemple célèbre est l’état de Hall quantique anormal (QAH), qui présente un effet Hall quantique entier à champ magnétique nul en raison du ferromagnétisme intrinsèque1-3. En présence de fortes interactions électron-électron, des états fractionnaires QAH (FQAH) à champ magnétique nul peuvent émerger4-8. Ces états pourraient héberger des excitations fractionnaires, y compris des anyons non abéliens – éléments de base cruciaux pour le calcul quantique topologique9. Nous rapportons ici les signatures expérimentales des états FQAH dans la bicouche MoTe2 torsadée. Les mesures de dichroïsme circulaire magnétique révèlent des états ferromagnétiques robustes dans des minibandes de moiré partiellement remplies de trous. En utilisant la photoluminescence du trion comme capteur10, nous obtenons un diagramme en éventail de Landau montrant des déplacements linéaires dans les densités de porteurs correspondant aux états ferromagnétiques v = -2/3 et -3/5 avec champ magnétique appliqué. Ces décalages correspondent à la dispersion de la formule Streda des états FQAH avec une conductance de Hall fractionnellement quantifiée de \({{\boldsymbol{\sigma }}}_{{\boldsymbol{xy}}}=-\frac{2}{3}\frac {{e}^{2}}{h}\) et \(-\frac{3}{5}\frac{{e}^{2}}{h}\), respectivement. De plus, l’état v = -1 présente une dispersion correspondant au nombre de Chern -1, cohérent avec l’état QAH prédit11-14. En comparaison, plusieurs états non ferromagnétiques du côté du dopage électronique ne se dispersent pas, c'est-à-dire sont des isolants corrélés triviaux. Les états topologiques observés peuvent être transformés électriquement en états topologiquement triviaux. Nos résultats fournissent la preuve des états FQAH recherchés depuis longtemps, démontrant que les super-réseaux de moiré MoTe2 constituent une plate-forme fascinante pour l'exploration des excitations fractionnaires.

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Ces auteurs ont contribué à parts égales : Jiaqi Cai, Eric Anderson

Département de physique, Université de Washington, Seattle, Washington, États-Unis

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

Département de science et d'ingénierie des matériaux, Université de Washington, Seattle, Washington, États-Unis

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

Département de physique, Université de Hong Kong, Hong Kong, Chine

Fengren Fan et Wang Yao

Institut commun HKU-UCAS de physique théorique et computationnelle à Hong Kong, Hong Kong, Chine

Fengren Fan et Wang Yao

Centre international de nanoarchitectonique des matériaux, Institut national de science des matériaux, 1-1 Namiki, Tsukuba, Japon

Takashi Taniguchi

Centre de recherche sur les matériaux fonctionnels, Institut national de science des matériaux, 1-1 Namiki, Tsukuba, Japon

Kenji Watanabé

Département de physique, Boston College, Chestnut Hill, MA, États-Unis

Ying a couru

Département de physique, Massachusetts Institute of Technology, Cambridge, Massachusetts, États-Unis

Liang Fu

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