物性物理学：二層グラフェンの半占有ランダウ準位における調節可能な相互作用複合フェルミオン相

非アーベル型エニオンは準粒子の一種であり、デコヒーレンスから保護されたトポロジカル量子ビットに量子情報をエンコードできる可能性がある。非アーベル型エニオンが現れると予測されている実験系として、p波超流動体、強いスピン–軌道結合を有する超伝導系、分数量子ホール（FQH）領域における偶数分母で出現する相互作用複合フェルミオン対状態などがある。いくつかの二次元系において偶数分母FQH状態が観測されているが、エネルギーギャップが小さく調節可能性が限られていたため、非アーベル性を実験で確実に探ることができなかった。今回我々は、二層グラフェンを六方晶窒化ホウ素で挟んで2つのゲートを施したファンデルワールスヘテロ構造体に、半整数ランダウ準位を占有したロバストな偶数分母FQH相を観測したことを報告する。エネルギーギャップの測定値は、これまで観測された値の3倍であった。我々は、キャリア密度、層分極、磁場を同時に制御しつつ、これらのFQH相を数値モデルおよび理論モデルと比較し、非アーベル型エニオンの出現が予測されている対になったパフィアン相が存在する証拠を見いだした。異なるランダウ準位指数の状態間において電場制御による準位交差が起こることから、偶数分母FQH状態と圧縮性複合フェルミオン液体の間の連続相転移を含む、一連のFQH相転移が起こることが明らかになった。今回の結果によって、グラフェンが、トポロジーと量子臨界の相互影響の研究や非アーベル型量子ビットの検出を目的とした本質的な可変実験プラットフォームとして確立された。

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