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凝聚态物理 > 强关联电子

arXiv:2505.22782v1 (cond-mat)
[提交于 2025年5月28日 ]

标题: 分数量子霍尔效应中的分子任意子

标题: Molecular anyons in fractional quantum Hall effect

Authors:Mytraya Gattu, J. K. Jain
摘要: 分数量子霍尔(FQH)效应的一个深刻后果是分数电荷任意子的概念。尽管进行了广泛的实验研究,但仍然存在许多未解之谜。例如,有时测量的散粒噪声和Aharonov-Bohm干涉条纹报告的电荷是基本电荷的整数倍。我们在此报道了高精度的微观计算结果,揭示了一个令人惊讶的现象:FQH任意子常常结合成稳定的簇,我们称之为分子任意子。这与直觉相悖,因为基本任意子携带相同的电荷,因此预计会相互排斥。簇中任意子的数量、结合能及其尺寸对母态FQH状态和电子之间的相互作用(这是可以通过实验调节的,例如通过改变量子阱宽度)非常敏感。我们的计算进一步表明, $1/4$ 非阿贝尔任意子的 $5/2$ FQH态也可能结合形成 $1/2$ 阿贝尔簇。分子任意子的存在不仅可以自然地解释观测到的电荷,还为未来的实验预测了一系列新的内容,并促使重新分析许多过去的实验。
摘要: One of the profound consequences of the fractional quantum Hall (FQH) effect is the notion of fractionally charged anyons. In spite of extensive experimental study, puzzles remain, however. For example, both shot-noise and Aharonov-Bohm interference measurements sometimes report a charge that is a multiple of the elementary charge. We report here high-precision microscopic calculations that reveal the surprising result that the FQH anyons often bind together into stable clusters, which we term molecular anyons. This is counterintuitive, given that the elementary anyons carry the same charge and are therefore expected to repel one another. The number of anyons in a cluster, its binding energy and its size depend sensitively on the parent FQH state and the interaction between electrons (which is experimentally tunable, e.g., by varying the quantum well width). Our calculations further suggest that the charge-$1/4$ non-Abelian anyons of the $5/2$ FQH state may also bind to form charge-$1/2$ Abelian clusters. The existence of molecular anyons not only can provide a natural explanation for the observed charges, but also leads to a host of new predictions for future experiments and invites a re-analysis of many past ones.
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:2505.22782 [cond-mat.str-el]
  (或者 arXiv:2505.22782v1 [cond-mat.str-el] 对于此版本)
  https://doi.org/10.48550/arXiv.2505.22782
通过 DataCite 发表的 arXiv DOI

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来自: Mytraya Gattu [查看电子邮件]
[v1] 星期三, 2025 年 5 月 28 日 18:51:30 UTC (3,643 KB)
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