量子物理学：魔法角グラフェンにおける多体波動関数の量子テクスチャー

電子間相互作用は、電子相関効果、対称性の破れ、集団励起を反映する波動関数を伴う、物質の新たな多体量子相を生み出す。魔法角ねじれ2層グラフェン（MATBG）には、相関絶縁相、非従来型超伝導相、磁気トポロジカル相など、多くの量子相が発見されている。対称性の破れの可能性に関して微視的情報がないため、こうした相の理解は阻まれている。今回我々は、高分解能走査トンネル顕微鏡を用いて、MATBGにおける相関相の波動関数を調べた。相関絶縁相、擬ギャップ相、超伝導相のものを含め、ギャップ相の波動関数の2乗は、モアレスケールに対して複雑な空間依存性を有するグラフェン原子格子において√3 × √3の超周期性を伴う対称性の破れの明確なパターンを示している。我々は、さまざまな相関相を区別する複雑なテクスチャーを示す一連の複素数値の局所秩序パラメーターを用いた、対称性に基づく解析を導入した。我々は、モアレ単位胞当たり± 2の電子充填で観測された相関絶縁体の量子テクスチャーを、提案された理論的基底状態について予想されるテクスチャーと比較した。典型的なMATBGデバイスでは、これらのテクスチャーは、提案されている非整合ケクレらせん秩序と厳密に一致する一方で、超低ひずみ試料では、今回のデータは、時間反転対称なバレー間コヒーレント相のような局所対称性を持つ。さらに、MATBGの超伝導状態は、バレー間コヒーレンスの強い特徴を示しており、今回の位相敏感測定によってのみ絶縁体の特徴と区別できる。

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