電子はどのようにして分裂するのか?(How can electrons split into fractions of themselves?)

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2024-11-18 マサチューセッツ工科大学(MIT)

電子はどのようにして分裂するのか?(How can electrons split into fractions of themselves?)A cloudy crystal of electrons could explain the puzzling fractional charge recently discovered in pentalayer graphene.
Credit: iStock

MITの物理学者は、5層のグラフェン(ペンタレイヤーグラフェン)で電子が分数電荷を示す現象を理論的に解明しました。この構造では、電子が特定の結晶構造を形成し、相互作用により分数電荷が生じることが示されています。この研究は、グラフェンや他の二次元材料における新たな電子状態の理解を深め、将来的な量子コンピューティングの発展に寄与する可能性があります。

<関連情報>

扁平菱面体グラフェンモアレ構造における量子異常ホール相の理論 Theory of Quantum Anomalous Hall Phases in Pentalayer Rhombohedral Graphene Moiré Structures

Zhihuan Dong, Adarsh S. Patri, and T. Senthil
Physical Review Letters  Published 12 November, 2024
DOI:https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.133.206502

Abstract

Remarkable recent experiments on the moiré structure formed by pentalayer rhombohedral graphene aligned with a hexagonal boron nitride substrate report the discovery of a zero field fractional quantum Hall effect. These “(fractional) quantum anomalous Hall” [(F)QAH] phases occur for one sign of a perpendicular displacement field, and correspond, experimentally, to full or partial filling of a valley polarized Chern-1 band. Such a band is absent in the noninteracting band structure. Here we show that electron-electron interactions play a crucial role, and present microscopic theoretical calculations demonstrating the emergence of a nearly flat, isolated, Chern-1 band and FQAH phases in this system. We also study the four- and six-layer analogs and identify parameters where a nearly flat isolated Chern-1 band emerges which may be suitable to host FQAH physics.

1700応用理学一般
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