魔角石墨烯中场调谐与零场分数量子陈绝缘体
强关联电子
2021-12-28 v1 统计力学
摘要
与分数量子霍尔(FQH)效应中电子密度固定外加磁场不同，分数量子陈绝缘体(FCIs)可在相对较弱甚至零磁场中实现FQH态。先前的理论工作强调魔角石墨烯是一个有前景的FCI平台，满足平带和类最低朗道能级量子几何的双重要求。事实上，近期实验已在弱磁场下的魔角石墨烯中展示了FCIs。在此，我们对观测到的最显著FCI态进行了详细理论研究，并阐明了磁场在稳定该态中的作用。我们引入了两种新技术工具：首先，我们将理想量子几何的概念推广到霍夫施塔特微带；其次，我们将魔角石墨烯的哈特里-福克理论扩展到有限场，以考虑相互作用产生的带宽。我们表明，磁场既显著减小有效带宽，又改善承载FCIs的量子几何。利用魔角石墨烯微观模型的密度矩阵重整化群(DMRG)模拟，我们确立了稳定FCIs的带宽与量子几何指标区间。进一步用相同量刻画有限场能带，我们展示了零场电荷密度波态如何在与实验一致的磁通量下让位于FCI态。我们还对同批实验中观测到的其他FCIs进行了推测，包括反常不可压缩态以及可能承载非阿贝尔态的偶分母分数态。最后，当带宽为限制因素时，我们提出了一组应在零磁场下出现FCIs的实验参数范围。
引用
@article{arxiv.2112.13837,
title = {Field-tuned and zero-field fractional Chern insulators in magic angle graphene},
author = {Daniel Parker and Patrick Ledwith and Eslam Khalaf and Tomohiro Soejima and Johannes Hauschild and Yonglong Xie and Andrew Pierce and Michael P. Zaletel and Amir Yacoby and Ashvin Vishwanath},
journal= {arXiv preprint arXiv:2112.13837},
year = {2021}
}