Preuve thermodynamique d'un isolant Chern fractionné dans le moiré MoTe2

Nature (2023)Citer cet article

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Les isolants Chern, qui sont les analogues de réseau des états quantiques de Hall, peuvent potentiellement manifester des ordres topologiques à haute température avec un champ magnétique nul pour permettre des dispositifs quantiques topologiques de nouvelle génération 1-3. À ce jour, des isolants Chern entiers ont été démontrés expérimentalement dans plusieurs systèmes à champ magnétique nul 3, 4-8, mais des isolants Chern fractionnaires n'ont été signalés que dans des systèmes à base de graphène sous un champ magnétique fini 9,10. L'émergence de matériaux moirés semi-conducteurs 11, qui prennent en charge des bandes plates topologiques accordables 12, 13, ouvre une nouvelle opportunité pour réaliser des isolants Chern fractionnés 13-16. Nous rapportons ici des preuves thermodynamiques d'isolants Chern entiers et fractionnaires à champ magnétique nul dans la bicouche torsadée aux petits angles MoTe2 en combinant la compressibilité électronique locale et les mesures magnéto-optiques. Au facteur de remplissage des trous ${\boldsymbol{\nu }}$ = 1 et 2/3, le système est incompressible et brise spontanément la symétrie d'inversion du temps. Nous montrons qu'ils sont respectivement des isolants de Chern entiers et fractionnaires, à partir de la dispersion de l'état en facteur de remplissage avec champ magnétique appliqué. Nous démontrons en outre les transitions de phase topologiques adaptées au champ électrique impliquant les isolants Chern. Nos résultats ouvrent la voie à la démonstration de la conductance Hall fractionnaire quantifiée, de l'excitation anyonique et du tressage 17 dans des matériaux moirés semi-conducteurs.

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Ces auteurs ont contribué à parts égales : Yihang Zeng, Zhengchao Xia

Département de physique, Cornell University, Ithaca, NY, États-Unis

Yihang Zeng, Kin Fai Mak et Jie Shan

École de physique appliquée et d'ingénierie, Cornell University, Ithaca, NY, États-Unis

Zhengchao Xia, Kaifei Kang, Jiacheng Zhu, Patrick Knüppel, Chirag Vaswani, Kin Fai Mak et Jie Shan

Institut national des sciences des matériaux, Tsukuba, Japon

Kenji Watanabe et Takashi Taniguchi

Kavli Institute de Cornell pour la science à l'échelle nanométrique, Ithaca, NY, États-Unis

Kin Fai Mak et Jie Shan

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Correspondance avec Kin Fai Mak ou Jie Shan.