物性物理学：ツイストMoTe2における分数量子異常ホール状態の特徴
Nature 622, 7981 doi: 10.1038/s41586-023-06289-w
自発的対称性の破れとトポロジーの間の相互作用は、物質のエキゾチックな量子状態をもたらすことがある。よく知られた例が、固有の強磁性に起因してゼロ磁場で整数量子ホール効果を示す、量子異常ホール（QAH）状態である。強い電子–電子相互作用の存在下では、ゼロ磁場で分数QAH（FQAH）状態が出現し得る。これらの状態には、トポロジカル量子計算の重要な構成要素である非アーベル型エニオンを含め、分数励起が存在する可能性がある。今回我々は、ツイスト2層二テルル化モリブデン（MoTe2）におけるFQAH状態の実験的特徴について報告する。磁気円二色性測定によって、正孔が分数充填されたモアレミニバンドでのロバストな強磁性状態が明らかになった。我々は、センサーとしてトリオン・フォトルミネッセンスを用いて、磁場印加による充填率ν = −2/3およびν = −3/5の強磁性状態に対応するキャリア密度の線形シフトを示す、ランダウファンダイアグラムを得た。これらのシフトは、それぞれσxy = − 2 3 e2 h とσxy = − 3 5 e2 h という分数量子化されたホール伝導率を伴うFQAH状態のStreda公式の分散と一致する。さらに、ν = −1状態はチャーン数−1に対応する分散を示し、予測されたQAH状態と一致していた。これと比較して、電子ドーピング側のいくつかの非強磁性状態は分散を示さず、すなわちこれらは自明な相関絶縁体である。観測されたトポロジカル状態は、電気的に駆動して、トポロジカルに自明な状態にすることができる。今回の知見によって、長く探求されてきたFQAH状態の証拠が得られ、MoTe2モアレ超格子が分数励起を調べるプラットフォームとなることが実証された。
