层向二聚化 Nb$_3$Br$_8$ 中 Mott 态动量分辨指纹

在有序的晶体固体中，绝缘体可从两种机制中产生：电子可以散射于周期性势，形成带隙可导致带绝缘体，或由于强相互作用导致局域化，结果为 Mott 绝缘体。对于每个晶胞电子数为偶数，理论上可以发生带或 Mott 绝缘体。然而，由于缺乏动量分辨指纹，实验上明确识别具有偶数电子的非常规 Mott 绝缘体长期以来一直保持挑战，因为缺乏动量分辨指纹。近年来，随着层向二聚化范德鲁夫化合物 Nb$_3$Br$_8$ 显示出在 Josephson 结中作为弱链件时表现出令人费解的无磁场二极管效应，但此前被认为是带绝缘体。本文我们发现，Nb$_3$Br$_8$ 光谱函数中 Mott 绝缘相的独特动量分辨标志：最高占据带沿垂直于层向二聚化方向 $k_z$ 的动量空间分离为 $\Delta k_z=2\pi/d$，而带绝缘体的价带最大则小于 $\Delta k_z=\pi/d$，其中 $d$ 为层间平均间距。由于 Mott 绝缘体固有的强电子关联性可能导致非常规超导性，确定 Nb$_3$Br$_8$ 为非常规 Mott 绝缘体对于理解其显现的时反演对称性破坏性 Josephson 二极管效应至关重要。此外，所使用的动量分辨标志可用于检测范德鲁夫异构结构中带与 Mott 绝缘相之间的量子相变，由于层间相互作用和关联性可轻易调制以驱动此类相变。