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凝聚态物理 > 强关联电子

arXiv:2411.04174 (cond-mat)
[提交于 2024年11月6日 (v1) ,最后修订 2025年6月6日 (此版本, v2)]

标题: 多层石墨烯中的新型量子反常霍尔晶体

标题: New classes of quantum anomalous Hall crystals in multilayer graphene

Authors:Boran Zhou, Ya-Hui Zhang
摘要: 最近在 rhombohedrally 堆叠的五层石墨烯中观测到的量子异常霍尔(QAH)效应激发了关于量子异常霍尔晶体(QAHC)可能性的理论讨论,这是一种拓扑版本的外尔晶体。 传统的拓扑外尔晶体通常每个单位细胞有一个电子。 在这项工作中,我们提出了新的拓扑外尔晶体类型,标记为 QAHC-$z$,每个单位细胞有$z$个电子。 在五层石墨烯系统中,我们发现参数区域,在这些区域内,QAHC-2 和 QAHC-3 在总填充数$\nu=1$每摩尔单元格中的能量低于常规 QAHC-1。 这些状态总陈数为$C_\mathrm{tot}=1$,与实验中观察到的 QAH 效应一致。 较大的周期 QAHC 状态由于五层石墨烯独特的墨西哥帽色散具有较低的动能,这可以补偿相互作用能的损失。 与 QAHC-1 不同,QAHC-2 和 QAHC-3 打破了摩尔平移对称性,并且明显不同于摩尔带绝缘体。 我们还简要讨论了整数量子异常霍尔和分数量子异常霍尔态在填充$\nu=2/3$时的竞争关系。 此外,我们发现更强的摩尔势能可以显著改变相图,甚至更倾向于$C=2$陈带的 QAHC-1 猜想。
摘要: The recent experimental observation of quantum anomalous Hall (QAH) effects in the rhombohedrally stacked pentalayer graphene has motivated theoretical discussions on the possibility of quantum anomalous Hall crystal (QAHC), a topological version of Wigner crystal. Conventional topological Wigner crystals typically have one electron per unit cell. In this work we propose new types of topological Wigner crystals labeled as QAHC-$z$, with $z$ electrons per unit cell. In the pentalayer graphene system, we find parameter regimes where QAHC-2 and QAHC-3 have lower energy than the conventional QAHC-1 at total filling $\nu=1$ per moir\'e unit cell. These states all have total Chern number $C_\mathrm{tot}=1$ and are consistent with the QAH effect observed in the experiments. The larger period QAHC states have lower kinetic energy due to the unique Mexican-hat dispersion of the pentalayer graphene, which can compensate for the loss in the interaction energy. Unlike QAHC-1, QAHC-2 and QAHC-3 break the moir\'e translation symmetry and are sharply distinct from a moir\'e band insulator. We also briefly discuss the competition between integer QAH and fractional QAH states at filling $\nu=2/3$. Moreover, we find that a stronger moir\'e potential can significantly change the phase diagram and even favors a QAHC-1 ansatz with $C=2$ Chern band.
评论: 11页,8幅图
主题: 强关联电子 (cond-mat.str-el) ; 中尺度与纳米尺度物理 (cond-mat.mes-hall)
引用方式: arXiv:2411.04174 [cond-mat.str-el]
  (或者 arXiv:2411.04174v2 [cond-mat.str-el] 对于此版本)
  https://doi.org/10.48550/arXiv.2411.04174
通过 DataCite 发表的 arXiv DOI

提交历史

来自: Boran Zhou [查看电子邮件]
[v1] 星期三, 2024 年 11 月 6 日 19:00:00 UTC (1,248 KB)
[v2] 星期五, 2025 年 6 月 6 日 20:55:13 UTC (1,758 KB)
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