分数量子霍尔态中中性模的激增

分数量子霍尔效应 (FQHE) 是强磁场下关联二维电子气中拓扑相的典型范例。虽然电流作为手性下游边缘模传播，但无电荷的上游手性中性边缘模最近仅在空穴共轭态（填充因子 $\nu$ 满足 $n+1/2<\nu<n+1$，其中 $n=0,1,2,...$）和偶分母态 $\nu=5/2$ 中被观测到。人们认为，二维气体边缘附近的自发“密度重构”导致了多个反向传播的边缘通道，它们被不可压缩条带彼此分隔。不可避免的无序会引起通道间隧穿；伴随库仑相互作用，它将多个边缘通道重整化为下游电荷模和上游中性边缘模，同时保持由体相决定的宇称要求（例如沿边缘的热导率）。在此，我们报告了高灵敏度散粒噪声测量结果，揭示了在各种非空穴共轭分数量子态中存在意想不到的中性模。正如之前所报道的，我们在任何整数态中均未观测到中性模。除了上游中性边缘模外，我们还惊讶地发现也有中性能量模通过不可压缩体相传播。虽然沿边缘的密度重构可以解释边缘模，但我们尚不知晓有任何模型可以解释体相模。中性模在每一个测试的分数量子态中的激增，彻底改变了公认的 FQHE 态图像：即绝缘体相和一维手性边缘通道。这些能量模看似普遍存在，可能解释了分数量子准粒子的退相干——从而阻止了在分数量子区域观测到相干干涉。