腔体中量子霍尔效应拓扑保护的削弱

我们研究了与量子腔场耦合的二维均匀电子气中的量子霍尔效应。正如 Kohn 最初指出的，均匀量子霍尔系统的伽利略不变性意味着电子质心（CM）与电子-电子相互作用解耦，且 CM 模（也称为 Kohn 模）的能量等于单粒子回旋跃迁能量。在本工作中，我们指出 Kohn 模与腔光子的强光-物质杂化产生了朗道能级与光子之间的集体杂化模。我们给出了集体朗道极化激元（Landau polaritons）的精确解，并证明了由于低于 Kohn 模的下极化激元模的存在，零温下拓扑保护被削弱。这为近期观测到的腔中量子霍尔效应的拓扑崩溃 [Appugliese et al., Science 375, 1030-1034 (2022)] 提供了一种内在机制。重要的是，我们的理论预言了量子霍尔输运中热激活能隙的腔抑制。我们的工作为未来腔调控量子材料的发展铺平了道路。