Prova termodinamica dell'isolante Chern frazionario in moiré MoTe2

Natura (2023) Cita questo articolo

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Gli isolanti Chern, che sono gli analoghi reticolari degli stati Hall quantistici, possono potenzialmente manifestare ordini topologici ad alta temperatura con campo magnetico zero per abilitare dispositivi quantistici topologici di prossima generazione 1-3. Ad oggi, isolanti Chern interi sono stati dimostrati sperimentalmente in diversi sistemi a campo magnetico zero 3, 4-8, ma isolanti Chern frazionari sono stati riportati solo in sistemi basati su grafene sotto un campo magnetico finito 9,10. L'emergere di materiali semiconduttori moiré 11, che supportano bande piatte topologiche sintonizzabili 12,13, apre una nuova opportunità per realizzare isolanti Chern frazionari 13-16. Qui, riportiamo le prove termodinamiche degli isolanti Chern sia interi che frazionari a campo magnetico zero nel doppio strato ritorto MoTe2 a piccolo angolo combinando la comprimibilità elettronica locale e le misurazioni magneto-ottiche. Con un fattore di riempimento dei buchi ${\boldsymbol{\nu }}$ = 1 e 2/3, il sistema è incomprimibile e rompe spontaneamente la simmetria di inversione temporale. Mostriamo che sono isolanti Chern interi e frazionari, rispettivamente, dalla dispersione dello stato nel fattore di riempimento con il campo magnetico applicato. Dimostriamo ulteriormente le transizioni di fase topologiche sintonizzate sul campo elettrico che coinvolgono gli isolanti di Chern. I nostri risultati aprono la strada alla dimostrazione della conduttanza Hall frazionaria quantizzata e dell'eccitazione anionica e dell'intrecciatura 17 nei materiali moiré semiconduttori.

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Questi autori hanno contribuito equamente: Yihang Zeng, Zhengchao Xia

Dipartimento di Fisica, Cornell University, Ithaca, NY, USA

Yihang Zeng, Kin Fai Mak e Jie Shan

Scuola di Fisica Applicata e Ingegneria, Cornell University, Ithaca, NY, USA

Zhengchao Xia, Kaifei Kang, Jiacheng Zhu, Patrick Knüppel, Chirag Vaswani, Kin Fai Mak e Jie Shan

Istituto Nazionale per la Scienza dei Materiali, Tsukuba, Giappone

Kenji Watanabe e Takashi Taniguchi

Kavli Institute presso Cornell for Nanoscale Science, Ithaca, NY, USA

Kin Fai Mak e Jie Shan

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Corrispondenza con Kin Fai Mak o Jie Shan.