阻碍平凡基态的拓扑二体相互作用:分数量子陈绝缘体的指示信号

寻找分数陈绝缘体(FCI)候选材料的研究主要集中于单粒子陈能带的拓扑和几何结构。然而,忽略相互作用效应的研究方法存在固有局限性,凸显了互补方法的必要性。在该工作中,研究人员探讨了投影到陈能带上的有效相互作用所定义的陈数与FCI稳定化之间的关联。具体而言,通过使用统一矩阵表述有效相互作用和双粒子问题,该团队建立了双粒子能带结构与有效相互作用之间的联系。这种表述方式使研究人员能够通过双粒子能带的拓扑特性来表征有效相互作用。为研究拓扑性有效相互作用与FCI的关系,该工作主要基于精确对角化方法进行数值计算。研究发现:当主导双粒子能带携带单位陈数时,在填充因子ν=1/3处会实现稳健的FCI状态,二者存在显著关联。这一结果与分数量子霍尔效应中赝势与双粒子能带结构的预设对应关系一致。从另一视角看,研究结果表明相互作用本身固有的拓扑性可阻碍平庸基态的形成。研究人员还从散射通道的角度对此进行了讨论。扩展此类拓扑性双体相互作用,可能为超越FCI的新型量子态实现开辟道路。

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