二维电子气中由横向超晶格诱导的具有子午线状自旋织构的电荷密度波

本文在 Landau 能级 $N=0$ 且填充因子 $\nu =1$ 的条件下，针对 $\Gamma$（外势每个原胞磁通量子数的倒数）的不同有理数值，研究了横向方形超晶格势与库仑相互作用对垂直磁场中二维电子气基态的综合效应。在忽略 Landau 能级混合与无序效应时，势强度 $W_{0}$ 的增大会在临界强度 $W_{0}^{\left( c\right) }$ 处诱发相变，从均匀且完全自旋极化的状态转变为在电荷密度波（CDW）各极大值与极小值处均带有子午线状自旋织构的二维电荷密度波。这种涡旋-CDW 的集体激发与在填充因子 $\nu =1$ 附近预期为基态的 Skyrme 晶体相似。特别地，涡旋-CDW 中破缺的 U(1) 对称性产生了一个额外的无能隙相位模式，可为核自旋的弛豫提供快速通道。随着 $W_{0}$ 的增大，平均自旋极化 $S_{z}$ 呈连续或不连续变化，具体取决于 $\Gamma \in \left[ 1/2,1\right]$ 或 $\Gamma \in \left[ 0,1/2\right]$。在 $W_{0}$ 取值较大时，相位模式与子午线状自旋织构消失，若 $\Gamma \neq 1/2$ 则基态为部分自旋极化的 CDW，若 $\Gamma =1/2$ 则为自旋无极化的 CDW。