双层石墨烯作为玻色子对称保护拓扑态的平台

玻色子对称保护拓扑(BSPT)态作为拓扑绝缘体的玻色子对应物，近年来引起了巨大的理论兴趣。尽管BSPT态已通过多种方法分类，但迄今为止尚未有任何二维或更高维BSPT态的成功实验实现。在本文中，我们提出具有$U(1) \times U(1)$对称性的二维BSPT态可在磁场中的双层石墨烯中实现。这里两个$U(1)$对称性分别代表总自旋$S^z$和总电荷守恒。库仑相互作用在该提议中起核心作用——它使边界处所有费米子产生能隙，从而只有玻色子的电荷和自旋自由度在边缘无隙且受保护。基于边界态的玻色子性质，我们推导了玻色子电荷和自旋自由度的体波函数，其形式与所需的BSPT态完全相同。我们还提出，BSPT相与平庸相之间的体量子相变，在相互作用下可成为“玻色子相变”。即，在相变处仅玻色子模关闭其能隙，这与自由费米子系统中所有已知的拓扑绝缘体到平庸绝缘体的相变有根本不同。我们讨论了该提议的各种实验后果。