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凝聚态物理 > 中尺度与纳米尺度物理

arXiv:2412.19886 (cond-mat)
[提交于 2024年12月27日 ]

标题: 阿哈罗诺夫-玻姆效应在偶数分母分数量子霍尔态中

标题: Aharonov-Bohm Interference in Even-Denominator Fractional Quantum Hall States

Authors:Jehyun Kim, Himanshu Dev, Amit Shaer, Ravi Kumar, Alexey Ilin, André Haug, Shelly Iskoz, Kenji Watanabe, Takashi Taniguchi, David F. Mross, Ady Stern, Yuval Ronen
摘要: 非阿贝尔任意子的位置交换以拓扑保护的方式影响其系统的量子态。 它们在偶数分母分数量子霍尔(FQH)系统中的预期表现提供了直接研究其独特统计特性的机会,通过干涉实验。 在本工作中,我们通过采用法布里-珀罗干涉仪(FPI)技术,在高迁移率双层石墨烯基范德华异质结构的两个偶数分母状态中观察到了相干阿哈罗诺夫-博姆干涉。 在恒定填充因子下操作干涉仪,我们观察到一个对应于干涉环内两个通量量子的振荡周期,$\Delta\Phi=2\Phi_0$,在此处干涉不携带非阿贝尔统计的特征。 预期的$\Delta\Phi=4\Phi_0$周期的缺失可能表明,相互作用的准粒子携带电荷$e^* = \frac{1}{2}e$,或者$e^* = \frac{1}{4}e$准粒子的干涉被热模糊了。 有趣的是,在两个空穴共轭态中,我们也观察到预期值一半的振荡周期,表明发生了$e^* = \frac{2}{3}e$准粒子的干涉,而不是$e^* = \frac{1}{3}e$。 为了探测统计相位贡献,我们以受控的填充因子偏差操作FPI,从而在干涉环内引入了分数准粒子。 在两个半填充态下,干涉图样的变化表明,额外的体准粒子携带基本电荷$e^*=\frac{1}{4}e$,这符合非阿贝尔任意子的预期。
摘要: Position exchange of non-Abelian anyons affects the quantum state of their system in a topologically-protected way. Their expected manifestations in even-denominator fractional quantum Hall (FQH) systems offer the opportunity to directly study their unique statistical properties in interference experiments. In this work, we present the observation of coherent Aharonov-Bohm interference at two even-denominator states in high-mobility bilayer graphene-based van der Waals heterostructures by employing the Fabry-P\'erot interferometry (FPI) technique. Operating the interferometer at a constant filling factor, we observe an oscillation period corresponding to two flux quanta inside the interference loop, $\Delta\Phi=2\Phi_0$, at which the interference does not carry signatures of non-Abelian statistics. The absence of the expected periodicity of $\Delta\Phi=4\Phi_0$ may indicate that the interfering quasiparticles carry the charge $e^* = \frac{1}{2}e$ or that interference of $e^* = \frac{1}{4}e$ quasiparticles is thermally smeared. Interestingly, at two hole-conjugate states, we also observe oscillation periods of half the expected value, indicating interference of $e^* = \frac{2}{3}e$ quasiparticles instead of $e^* = \frac{1}{3}e$. To probe statistical phase contributions, we operated the FPI with controlled deviations of the filling factor, thereby introducing fractional quasiparticles inside the interference loop. The resulting changes to the interference patterns at both half-filled states indicate that the additional bulk quasiparticles carry the fundamental charge $e^*=\frac{1}{4}e$, as expected for non-Abelian anyons.
主题: 中尺度与纳米尺度物理 (cond-mat.mes-hall) ; 强关联电子 (cond-mat.str-el)
引用方式: arXiv:2412.19886 [cond-mat.mes-hall]
  (或者 arXiv:2412.19886v1 [cond-mat.mes-hall] 对于此版本)
  https://doi.org/10.48550/arXiv.2412.19886
通过 DataCite 发表的 arXiv DOI

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来自: Yuval Ronen [查看电子邮件]
[v1] 星期五, 2024 年 12 月 27 日 19:00:02 UTC (27,655 KB)
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