多组分量子霍尔系统中离散谷与轨道量子数的直接测量
介观与纳米尺度物理
2017-11-01 v3
摘要
强相互作用的二维电子系统(2DESs)具有复杂的对称破缺态图景。内部自由度如自旋或谷同位旋进一步扩展了可能的基态。尽管对 2DESs 中自旋的直接探测在二十年前就已实现，但谷量子数仅在半导体量子阱、石墨烯单层和双层以及过渡金属二硫族化物中被间接探测。在此，我们报道了在二维电子系统中谷极化的首次直接实验测量，其通过在高磁场下将双层石墨烯中的谷量子数直接映射到层极化来实现。我们发现层极化在 32 个电场调谐的、不同谷、自旋和轨道极化态之间的相变中以离散步骤演化。我们的数据可以用一个同时捕捉单粒子和相互作用诱导的轨道、谷和自旋各向异性的模型拟合，提供了迄今为止该复杂系统最完整的模型。在新发现的相中，包含由斜交层间跳跃稳定的、理论上未预期到的轨道极化态。由此得到的双层石墨烯对称破缺路线图，为分数量子霍尔态的确定性工程铺平了道路，而我们的层分辨技术可轻易扩展到其他二维材料，其中层极化映射到谷或自旋量子数，提供了一种操纵这些新量子自由度所必需的先决直接探测手段。
引用
@article{arxiv.1607.06461,
title = {Direct measurement of discrete valley and orbital quantum numbers in a multicomponent quantum Hall system},
author = {B. M. Hunt and J. I. A. Li and A. A. Zibrov and L. Wang and T. Taniguchi and K. Watanabe and J. Hone and C. R. Dean and M. Zaletel and R. C. Ashoori and A. F. Young},
journal= {arXiv preprint arXiv:1607.06461},
year = {2017}
}
备注
This version (v3) updates a large portion of the theoretical treatment in previous versions and consequently has new Figs. 3 and 4 of the main text and a significant overhaul of the Supplementary Material