物性物理学：グラフェンにおける量子ホール相の対称性の破れた調整可能な秩序の画像化

電子が平坦バンドに分布すると、その運動エネルギーが無視できるようになり、電子は強制的にエキゾチックな多体状態に組織化されて、そのクーロンエネルギーが最低になる。電子間相互作用は、異なるトポロジカル秩序と格子スケール秩序を伴う、対称性の破れたさまざまな状態を誘起すると予想されるため、磁場中のグラフェンのゼロ番目のランダウ準位は、強く相互作用する平坦バンドとして特に興味深い。こうした状態を示す証拠の大半は、対称性の破れた状態を、ゼーマンエネルギーの増大やクーロン相互作用の誘電遮蔽によって調整できることを示唆する、間接的な輸送実験に由来している。しかし、こうした基底状態の存在を確認するには、その格子スケール秩序を直接可視化する必要がある。今回我々は、走査型トンネル分光法を用いて、グラフェンにおける対称性の破れた3つの異なる相を画像化した。そして我々は、低誘電率環境や高誘電率環境と磁場によってクーロン相互作用の遮蔽を調整することで、その相図を調べた。その結果、遮蔽されていない場合において、ケクレ結合秩序が見いだされた。これは、磁場に駆動されるコステリッツ–サウレス転移を経る絶縁状態の観測結果と一致する。誘電遮蔽下では、低磁場で副格子非分極基底状態が現れ、高磁場で、部分的な副格子分極を伴う電荷密度波秩序に遷移することが分かった。ケクレ秩序と電荷密度波秩序はまた、現在の理論予測を超えて豊かな相図をもたらす、さらなる二次的な格子スケール秩序と共存していた。対称性の破れた秩序の、遮蔽に誘起されるこうした調節性は、他の量子物質において物質の相関相を解明するのに有用であると立証される可能性がある。

目次へ戻る