Thermodynamischer Nachweis eines fraktionierten Chern-Isolators in Moiré-MoTe2

Natur (2023)Diesen Artikel zitieren

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Chern-Isolatoren, die die Gitteranaloge der Quanten-Hall-Zustände sind, können potenziell topologische Hochtemperaturordnungen bei einem Magnetfeld von Null manifestieren, um topologische Quantengeräte der nächsten Generation 1-3 zu ermöglichen. Bisher wurden ganzzahlige Chern-Isolatoren in mehreren Systemen bei einem Magnetfeld von Null experimentell nachgewiesen 3, 4–8, fraktionierte Chern-Isolatoren wurden jedoch nur in graphenbasierten Systemen unter einem endlichen Magnetfeld 9,10 berichtet. Das Aufkommen von Halbleiter-Moiré-Materialien 11, die abstimmbare topologische Flachbänder 12,13 unterstützen, eröffnet eine neue Möglichkeit, fraktionierte Chern-Isolatoren 13-16 zu realisieren. Hier berichten wir über thermodynamische Beweise sowohl für ganzzahlige als auch fraktionierte Chern-Isolatoren bei einem Magnetfeld von Null in der kleinwinkelverdrillten MoTe2-Doppelschicht durch Kombination der lokalen elektronischen Kompressibilität und magnetooptischen Messungen. Bei einem Lochfüllfaktor ${\boldsymbol{\nu }}$ = 1 und 2/3 ist das System inkompressibel und bricht spontan die Zeitumkehrsymmetrie. Wir zeigen aus der Streuung des Zustands im Füllfaktor bei angelegtem Magnetfeld, dass es sich um ganzzahlige bzw. gebrochene Chern-Isolatoren handelt. Wir demonstrieren außerdem durch das elektrische Feld abgestimmte topologische Phasenübergänge, an denen die Chern-Isolatoren beteiligt sind. Unsere Ergebnisse ebnen den Weg für die Demonstration der quantisierten fraktionierten Hall-Leitfähigkeit und der Anyon-Anregung und Flechtung 17 in Halbleiter-Moiré-Materialien.

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Diese Autoren haben gleichermaßen beigetragen: Yihang Zeng, Zhengchao Xia

Fachbereich Physik, Cornell University, Ithaca, NY, USA

Yihang Zeng, Kin Fai Mak und Jie Shan

School of Applied and Engineering Physics, Cornell University, Ithaca, NY, USA

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

Nationales Institut für Materialwissenschaft, Tsukuba, Japan

Kenji Watanabe & Takashi Taniguchi

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

Kin Fai Mak & Jie Shan

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Korrespondenz mit Kin Fai Mak oder Jie Shan.

Nachdrucke und Genehmigungen

Zeng, Y., Xia, Z., Kang, K. et al. Thermodynamischer Nachweis eines fraktionierten Chern-Isolators in Moiré-MoTe2. Natur (2023). https://doi.org/10.1038/s41586-023-06452-3

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Eingegangen: 01. Mai 2023

Angenommen: 18. Juli 2023

Veröffentlicht: 26. Juli 2023

DOI: https://doi.org/10.1038/s41586-023-06452-3

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