依赖于扭转角度的量子相图：莫尔双层结构MoTe2的研究

《Nature》：Twist-angle-dependent quantum phase diagrams in moiré bilayer MoTe2

　　

摘要

二维半导体摩尔超晶格为一个高度可调的平台，用于研究强关联和拓扑量子相^1,2,3,4,5。作为一个典型的例子，扭曲的双层MoTe₂（tMoTe₂）已被证明在零磁场下能呈现分数拓扑相^{6,7,8,9,10,11,12,13,14,15,16,17,18,19,20}。然而，它们随扭转角度的变化以及其他相关量子态的竞争机制仍然很大程度上未被探索。在这里，我们报告了对tMoTe₂在3.79°–5.76°范围内扭转角度依赖性相图的系统运输研究，揭示了从谷极化的分数拓扑态到谷简并的相关态以及超导性的演变过程。在相对较小的扭转角度下，tMoTe₂的部分填充切尔恩带（Chern bands）呈现分数量子反常霍尔态，并且在摩尔孔填充因子ν_h?=?1/2时显示出异常复合费米液（anomalous composite Fermi liquid）的特征。随着扭转角度的增加，分数拓扑态逐渐被抑制，半填充的切尔恩带重构为对称性破缺的整数切尔恩绝缘态。当ν_h?=?1时，我们观察到从在小角度下的强整数量子反常霍尔绝缘体到在大角度下通过位移场调节的拓扑平凡相关绝缘体的转变。在大约5.6°以上的扭转角度时，超导性在ν_h?=?1相关绝缘体附近出现，其相图与最近在扭曲的双层WSe₂中报道的结果非常相似^21,22,23,24。我们的结果表明，扭转角度驱动的相变统一了分数拓扑、对称性破缺、磁序和超导性，为摩尔系统中出现的量子现象提供了新的见解。