分数陈绝缘体中涌现的任何子超导性的微观机制
分数量子霍尔态(FQH)与超导体通常需要截然不同的条件,但近期实验却观测到二者共存于同一器件。一个可能的解释是移动任意子引发了超导性,然而这一机制需要极小电荷任意子的结合以建立特殊的能量层级关系。现有研究多基于有效理论展开,尚未解决排斥相互作用如何催生任意子超导的问题。本研究证明:当填充率ν=2/(4p∓1)的分数陈绝缘体(FCI)向“半子晶体”量子相变时(该晶体是具有半子拓扑序的奇异电荷密度波绝缘体),此类任意子能量层级会自然形成。在相变临界区附近,库珀对关联显著增强,掺杂后将出现常规的2e电荷超导体。基于此发现,研究人员通过排斥性Hubbard-Hofstadter模型实现了微观验证——张量网络模拟在ν=2/3时显示出稳健的FCI状态,随着相互作用增强会转变为半子晶体。这种简约模型中稳定半子晶体的存在,表明其可与传统电荷密度波和FQH态形成竞争。在相变临界区附近,团队观测到显著增强的库珀配对现象,与“2e/3任意子能量低于两个孤立e/3任意子对”的理论预测一致。一般而言,临界区附近的掺杂将导致库珀对掺杂和2e电荷超导性,其边缘存在中心电荷c=±2交替的手性模式,且能与平移对称性破缺共存。该工作统一了近期任意子超导的研究路径,使其与强排斥作用相洽,并为平带莫尔材料(如近期扭曲MoTe₂实验)提供了理论指导。
