Evidência termodinâmica de isolador Chern fracionário em moiré MoTe2

Natureza (2023)Cite este artigo

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Os isoladores Chern, que são os análogos de rede dos estados quânticos de Hall, podem potencialmente manifestar ordens topológicas de alta temperatura em campo magnético zero para permitir dispositivos quânticos topológicos de próxima geração 1-3. Até o momento, isoladores Chern inteiros foram demonstrados experimentalmente em vários sistemas em campo magnético zero 3, 4-8, mas isoladores Chern fracionários foram relatados apenas em sistemas baseados em grafeno sob um campo magnético finito 9,10. O surgimento de materiais moiré semicondutores 11, que suportam bandas planas topológicas sintonizáveis 12,13, abre uma nova oportunidade para realizar isoladores Chern fracionários 13-16. Aqui, relatamos evidências termodinâmicas de isoladores Chern inteiros e fracionários em campo magnético zero em bicamada torcida de pequeno ângulo MoTe2, combinando a compressibilidade eletrônica local e medições magneto-ópticas. No fator de preenchimento de buraco ${\boldsymbol{\nu }}$ = 1 e 2/3, o sistema é incompressível e quebra espontaneamente a simetria de reversão de tempo. Mostramos que são isoladores de Chern inteiros e fracionários, respectivamente, a partir da dispersão do estado no fator de preenchimento com campo magnético aplicado. Demonstramos ainda transições de fase topológicas sintonizadas por campo elétrico envolvendo os isoladores Chern. Nossas descobertas abrem caminho para a demonstração da condutância Hall fracionária quantizada e da excitação anônica e da trança 17 em materiais moiré semicondutores.

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Estes autores contribuíram igualmente: Yihang Zeng, Zhengchao Xia

Departamento de Física, Universidade Cornell, Ithaca, NY, EUA

Yihang Zeng, Kin Fai Mak e Jie Shan

Escola de Física Aplicada e Engenharia, Universidade Cornell, Ithaca, NY, EUA

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

Instituto Nacional de Ciência de Materiais, Tsukuba, Japão

Kenji Watanabe e Takashi Taniguchi

Instituto Kavli em Cornell for Nanoscale Science, Ithaca, NY, EUA

Kin Fai Mak e Jie Shan

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Correspondência para Kin Fai Mak ou Jie Shan.