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【導讀】

Chern絕緣體作為量子霍爾態的晶格類似物，可以在零磁場下表現出高溫拓撲順序，以實現下一代拓撲量子器件。迄今為止，整數Chern絕緣體已在多個系統中的零磁場下進行了實驗證明，但分數Chern絕緣體僅在有限磁場下的石墨烯基系統中被報道。分數Chern絕緣體（FCIs），原則上可以在零磁場下承載分數量子霍爾效應和非阿貝爾激勵，是凝聚態物理中備受追捧的物質相。FCIs的實驗實現也可能徹底改變其他領域，如拓撲量子計算。但事實證明，FCIs在實驗上的實現非常具有挑戰性，因為它們不僅需要拓撲平坦帶，還需要特定的量子帶幾何形狀，通過形成波紋超晶格的帶結構工程已經成為實現拓撲平面帶的有力方法。最近的一項實驗表明，FCIs可以穩定在5 T左右的魔角扭曲雙層石墨烯中，其中磁場主要負責重新分配原始拓撲帶的貝里曲率。基于過渡金屬硫化物（TMD）半導體的魔角材料具有廣泛可調諧的電子特性，預測其支持具有適當帶幾何形狀的拓撲平面帶，以支持零磁場下的FCIs，為實現分數點陣Chern絕緣開體辟了新的機會。

【成果掠影】

在此，美國康奈爾大學Jie Shan教授和Kin Fai Mak教授（共同通訊作者）通過結合局部電子壓縮率和磁光測量，報道了零磁場下小角扭曲雙層MoTe₂中整數和分數Chern絕緣體的熱力學證據。當填孔因子v=1和2/3時，體系不可壓縮，并且自發地打破了時間反轉對稱性。同時，從填充因子中狀態隨外加磁場的色散可以看出它們分別是整數和分數Chern絕緣體，進一步證明電場調節拓撲相變涉及Chern絕緣體。本文的發現為量子分數霍爾電導、任意子激發和編織在半導體納米材料中的演示鋪平了道路。

相關研究成果以“Thermodynamic evidence of fractional Chern insulator in moiré MoTe₂”為題發表在Nature上。

【核心創新點】

1.本文報道了在零磁場條件下，當填孔因子v=1和2/3時在小角度扭曲雙層MoTe₂（tMoTe₂）中觀察到一個整數Chern絕緣體；

2.在1.6 K下的實驗表明，隨著層間電位差的增加，從整數CI到拓撲莫特絕緣子的連續拓撲相變，而FCI變得可壓縮。

【數據概覽】

圖一、tMoTe₂中的鐵磁不可壓縮態?2023 Springer Nature

圖二、整數和分數Chern絕緣體?2023 Springer Nature

圖三、相圖?2023 Springer Nature

圖四、拓撲相變?2023 Springer Nature

【成果啟示】

綜上所述，在小角tMoTe₂中展示了零磁場下的整數CI和分數CI，以及電子可壓縮性和TRS破缺的局部測量。同時，還觀察到由兩種狀態的層間電位差引起的連續拓撲相變的證據，本文的發現留下了許多懸而未決的問題，例如FCI的性質以及FCI在分數量子霍爾系統中沒有類似物的魔角材料中的可能性。因此，實驗任務是開發這些材料的電接觸，用于輸運測量和操縱拓撲量子應用中的任意子激發。此外，在準備這篇論文的過程中，作者了解到使用光譜學技術報告tMoTe₂中FCI特征的工作，以及使用局部壓縮率測量報告tWSe₂中整數CI的工作

文獻鏈接：“Thermodynamic evidence of fractional Chern insulator in moiré MoTe₂”（Nature，2023，10.1038/s41586-023-06452-3）

本文由材料人CYM編譯供稿。