扭曲范德华多层膜中具有无理任意子的三维非叶状分数量子霍尔相

三维分数量子霍尔相为超越简单二维量子霍尔液体堆叠的固有更高维拓扑序提供了一条途径。此类相可以表现出非叶状的、固有三维纠缠结构、指数级大的拓扑简并以及具有无理编织统计的准粒子。它们的微观实现一直难以捉摸，因为三维中的朗道量子化通常会留下色散的一维能带，使得金属态和密度波态比不可压缩的分数液体更受青睐。在此，我们展示了大角度扭曲的范德华多层膜提供了一条绕过这一障碍的实用途径。大扭曲角通过动量失配抑制了相干层间隧穿，而原子尺度的层间距保持了强的层间库仑相互作用。通过使用蒙特卡洛计算比较862个竞争试探波函数的能量，我们发现具有跨越多个连续层的量子相干的广义Halperin态被稳定下来。在实验可及的磁场范围内，这些态取代了在传统未扭曲类石墨多层膜中占主导地位的金属性自发层间相干相。由此产生的液体实现了与非叶状分数量子霍尔序密切相关的分形拓扑序，承载着具有有理电荷但无理编织统计的准粒子。它们大的拓扑简并非有理统计相可能为量子信息存储和处理提供非常规资源。我们的结果确立了扭曲范德华多层膜作为超越传统二维量子霍尔系统的三维分数霍尔物质的一个现实材料平台。