量子霍尔自旋液体及其在莫尔体系中的可能实现

最近，在零（或极小）磁场下，在两个莫尔石墨烯体系中观测到了陈数为 $C=1$ 和 $C=2$ 的陈绝缘体：扭转双层石墨烯和 ABC 三层石墨烯，两者均与六方氮化硼(h-BN)衬底对齐。这些陈绝缘体态源于这些体系的陈带在部分填充至总整数填充 $\nu_T = 1,3$（包括自旋和谷自由度）时中的多体效应。一个简单的可能解释来自 Hartree-Fock 平均场理论，该理论在零带宽极限下预言谷极化和自旋极化，类似于朗道能级中的“量子霍尔铁磁性”。尽管现有实验暗示了谷极化，但自旋自由度的命运目前尚不清楚。在本文中，我们为观测到的 QAH 效应提出了替代的谷极化——但非自旋极化——候选态。对于一个在填充 $\nu_T=1$ 处谷极化的含自旋陈带，我们通过自旋-电荷分离描述了一类奇异的陈绝缘体相：电荷处于具有量子化霍尔电导的常规陈绝缘体相，而自旋形成具有分数量子化的无序自旋液体相，我们称之为量子霍尔自旋液体。我们通过 slave fermion-schwinger boson 部分子理论，构造了一类简单的 $Z_2$ 量子霍尔自旋液体作为熟知的 $Z_2$ 自旋液体的类比。来自 $Z_2$ 量子霍尔自旋液体的自旋子凝聚可导致量子霍尔反铁磁体，这是实验观测到的陈绝缘体的另一个较不奇异的候选态。我们提供了几个实验方案来探测量子霍尔自旋液体和量子霍尔反铁磁相。