A highly correlated topological bubble phase of composite fermions
A highly correlated topological bubble phase of composite fermions
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复合费米子的高度相关拓扑气泡相
DOI：
10.1038/s41567-023-01939-2
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发表时间：
2023
期刊：
影响因子：
19.6
通讯作者：
Csáthy, Gábor A.
中科院分区：
文献类型：
--
作者：
Shingla, Vidhi;Huang, Haoyun;Kumar, Ashwani;Pfeiffer, Loren N.;West, Kenneth W.;Baldwin, Kirk W.;Csáthy, Gábor A.
强相互作用和拓扑结构驱动各种各样的相关基态。其中一些最有趣的基态，如分数量子霍尔态和分数陈氏绝缘体，具有分数带电准粒子。这些阶段的相关性被电子和涡旋结合成称为复合费米子的新兴粒子所捕获。复合费米子准粒子是随机局域在高水平的无序，并可能表现出电荷秩序时，没有太多的混乱系统。然而，当复合费米子准粒子聚集成一个气泡，然后这些气泡在晶格上的顺序，更复杂的相关性被预测。这种高度关联的基态被称为复合费米子的气泡相。在这里，我们报告观察到这样一个泡沫相的复合费米子，证明了分数量子霍尔效应的重新进入。我们将这种再入口与每个气泡有两个复合费米子准粒子的气泡相关联。我们的研究结果表明，存在一类新的强关联拓扑相驱动的集群和电荷有序涌现准粒子。
Strong interactions and topology drive a wide variety of correlated ground states. Some of the most interesting of these ground states, such as fractional quantum Hall states and fractional Chern insulators, have fractionally charged quasiparticles. Correlations in these phases are captured by the binding of electrons and vortices into emergent particles called composite fermions. Composite fermion quasiparticles are randomly localized at high levels of disorder and may exhibit charge order when there is not too much disorder in the system. However, more complex correlations are predicted when composite fermion quasiparticles cluster into a bubble, and then these bubbles order on a lattice. Such a highly correlated ground state is termed the bubble phase of composite fermions. Here we report the observation of such a bubble phase of composite fermions, evidenced by the re-entrance of the fractional quantum Hall effect. We associate this re-entrance with a bubble phase with two composite fermion quasiparticles per bubble. Our results demonstrate the existence of a new class of strongly correlated topological phases driven by clustering and charge ordering of emergent quasiparticles.
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