2D材料：ツイストMoTe₂におけるエニオンとトリオンを介した分数電荷の証拠

電子電荷eの分数化は、強い電子間相互作用から生じる最も印象的な現象の1つである。著名な例が、分数量子ホール効果（FQHE）状態における分数電荷を有するエニオンの創発である。最近、ランダウ準位を伴わずに形成されるFQHE状態の格子類似体である、ゼロ磁場分数チャーン絶縁体（FCI）が実現された。FCIは、エニオンを調べる他に例を見ないプラットフォームを提供するものの、その検出は依然として難題である。今回我々は、ツイスト2層MoTe₂で、トリオンと分数電荷が結合して形成される新しいタイプの励起子複合体であるエニオン–トリオンを観測したことを報告する。量子閉じ込め励起子のフォトルミネッセンス分光法により、わずかにドープされたFCI状態内でのみ現れる創発ピークが明らかになった。この新たなスペクトルの特徴は、ドープされていないFCIにおけるトリオンと比較して赤方にシフトしているが、電場、温度、磁場への依存性は共通している。こうした観測結果から、それらの起源が、素過程に基づく準粒子と結合したトリオン、すなわちエニオン–トリオンであることが示唆される。重要なのは、−2/3のFCI状態と−3/5のFCI状態におけるエニオン–トリオンの間の結合エネルギー比が、予想されるe/3対e/5という分数電荷比と整合することである。これは、エニオンの本質的特性である、FCIにおける分数電荷の強力な証拠を与える。今回の結果は、FCI物理における基本的な問いへの取り組みであり、トリオン分光法を、輸送に基づく手法やトンネル効果に基づく手法を補完する、分数電荷励起の強力なプローブとして確立するものである。

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