Fractionaler Quantenanomaler Hall-Effekt in mehrschichtigem Graphen
Forscher haben den fractionalen quantenanomalen Hall-Effekt (FQAHE) in einem Moiré-Supergitter aus mehrschichtigem Graphen und hBN beobachtet. Der FQAHE, der das magnetische Gegenstück zum fractionalen Quanten-Hall-Effekt darstellt, wurde zuvor nur in verdrehtem MoTe2 beobachtet. Das Team beobachtete quantisierte Hall-Widerstandsplateaus und Einbrüche des Längswiderstands bei bestimmten Füllungsfaktoren des Moiré-Supergitters. Durch die Einstellung des Gate-Verschiebungsfeldes und der Füllungsfaktoren beobachteten die Forscher auch Phasenübergänge zwischen verschiedenen Elektronenzuständen. Diese Entdeckung eröffnet Möglichkeiten zur Erforschung von Ladungsfraktionierung und nicht-abelschen anionischen Flechtungen.
Einführung in den fractionalen Quantenanomalen Hall-Effekt
Der fractional Quantenanomale Hall-Effekt (FQAHE) ist ein Phänomen, das in topologischen flachen Bändern auftritt, wenn eine spontane Zeitumkehrsymmetriebrechung vorliegt. Er ist das magnetische Gegenstück zum fractionalen Quanten-Hall-Effekt. Der FQAHE hat aufgrund der Möglichkeit nicht-abelscher Anionen potenzielle Anwendungen in der topologischen Quantenberechnung.
Bisher wurde der FQAHE nur bei bestimmten Füllungsfaktoren in verdrehtem MoTe2 beobachtet. Forscher gehen jedoch davon aus, dass moiré-Supergitter aus Graphen den FQAHE mit noch besserer Materialqualität und höherer Elektronenmobilität beherbergen könnten.
Experimentelle Beobachtung des FQAHE in mehrschichtigem Graphen
In dieser Studie beobachteten Forscher den FQAHE in einem rhomboedrischen fünfschichtigen Graphen-hBN-Moiré-Supergitter. Sie beobachteten Plateaus quantisierter Hall-Widerstände bei bestimmten Füllungsfaktoren des Moiré-Supergitters, begleitet von Einbrüchen des Längswiderstands. Der Hall-Widerstand variierte linear mit dem Füllungsfaktor, ähnlich wie bei der zusammengesetzten Fermi-Flüssigkeit im halbgefüllten niedrigsten Landau-Niveau bei hohen Magnetfeldern.
Durch Einstellung des Gate-Verschiebungsfeldes und der Füllungsfaktoren konnten die Forscher Phasenübergänge zwischen verschiedenen Elektronenzuständen, einschließlich der zusammengesetzten Fermi-Flüssigkeit und des FQAHE-Zustands, beobachten.
Implikationen und zukünftige Forschung
Die Beobachtung des FQAHE in mehrschichtigem Graphen eröffnet aufregende Möglichkeiten zur Erforschung von Ladungsfraktionierung und nicht-abelschen anionischen Flechtungen bei null Magnetfeld. Dies könnte bedeutende Auswirkungen auf die topologische Quantenberechnung haben.
Darüber hinaus betonen die Forscher das Potenzial für laterale Verbindungen zwischen FQAHE- und supraleitenden Regionen im selben Gerät, was die Erforschung neuartiger Quantenzustände und ihrer Wechselwirkungen weiter vorantreiben könnte.
