Phase Competition and Domain Textures in the Fractional Quantum Hall Effect

分数量子霍尔效应中的相位竞争和域纹理

基本信息

  • 批准号:
    2103965
  • 负责人:
  • 金额:
    $ 75万
  • 依托单位:
  • 依托单位国家:
    美国
  • 项目类别:
    Continuing Grant
  • 财政年份:
    2021
  • 资助国家:
    美国
  • 起止时间:
    2021-12-01 至 2025-11-30
  • 项目状态:
    未结题

项目摘要

Non-Technical Abstract:This project investigates a fundamental physics phenomenon called fractional quantum Hall effect (FQHE), which is observed in semiconductor multilayer structures. The investigation is performed on unique ultra-high purity semiconductors exposed to high magnetic fields using novel high sensitivity optical technique. This combination of low-disorder semiconductors and novel measurement methods enables detection of extremely small signals of excitation modes that accompany interactions between electrons in these materials. Traditional methods of magneto-transport measurements are insufficient for detecting these excitations that occur in the bulk of these materials. Studies of these low-lying excitations provide important insights on fundamental interactions in electronic systems with subsequent impacts on the development of quantum computation technology. The project provides training in cutting-edge science to graduate and undergraduate students as well as postdoctoral researchers. Outreach activities are planned to attract diverse group including women and minorities.Technical Abstract:The work proposed in this project experimentally probes low-lying excitations in the bulk electron fluids of the fractional quantum Hall effect (FQHE) to understand physics of strong electron correlation in topologically protected electron fluids. While much of the correlation physics in the FQHE is understood in terms of composite fermion quasiparticles, more recent theories introduced an internal geometrical degree of freedom that impacts orbital motion in the large magnetic field due to intra-Landau electron Coulomb interactions. These interactions result in novel effects that uniquely manifest on the dispersions of low-lying excitations. The bulk of the FQHE fluids is known to be disordered in which domains of FQHE fluid coexist with domains of other phases of the two-dimensional (2D) electron fluid. Optical methods will be used to identify large domains of FQHE fluid in which the low-lying excitations have momentum dispersions that are like those of a uniform system. The low-lying modes are studied by advanced resonant inelastic light scattering methods developed in the group of the PI. At Landau level filling nu=1/3 the measurements will be focused on identification chiral gravitons of angular momentum L=-2 predicted by geometrical theories. Much of the proposed research efforts will be focused on the FQHE states of the second Landau level that is host to intriguing FQHE states at Landau level filling factors 5/2 and 7/3. In tilted magnetic field emergent nematic phases and their competition with FQHE phases in the bulk will be studied by optical methods.This award reflects NSF's statutory mission and has been deemed worthy of support through evaluation using the Foundation's intellectual merit and broader impacts review criteria.
非技术摘要:该项目研究了一种称为分数量子霍尔效应(FQHE)的基本物理现象,该现象在半导体多层结构中观察到。对使用新型的高灵敏度光学技术暴露于高磁场的独特超高纯度半导体进行了研究。低二阶半导体和新型测量方法的这种组合使得可以检测这些材料中电子之间相互作用的激发模式的极小信号。传统的磁通量测量方法不足以检测大部分材料中发生的这些激发。对这些低洼激动的研究为电子系统中的基本相互作用提供了重要的见解,随后对量子计算技术的发展产生了影响。该项目为研究生和本科生以及博士后研究人员提供了尖端科学的培训。计划吸引包括妇女和少数民族在内的多元化群体。技术摘要:该项目中提出的作品在实验中探究了分数量子厅效应(FQHE)的大量电子流体(FQHE)的低洼激动,以了解强大电子相关物理的强大电子相关性的物理。拓扑保护的电子流体。虽然从复合费米亚准粒子方面可以理解FQHE中的许多相关物理学,但最新的理论引入了内部几何自由度,该自由度会影响大型磁场的轨道运动,这是由于内部 - Landau Electron coolomb Interon Coulomb相互作用而引起的。这些相互作用会产生新的效果,这些效果独特地体现在低洼激动的分散体上。已知大部分FQHE流体是无序的,其中FQHE流体的结构域与二维(2D)电子流体的其他阶段的域共存。光学方法将用于识别较大的FQHE流体域,其中低洼的激发具有像均匀系统的动量分散体。通过在PI组中开发的高级谐振非弹性散射方法来研究低洼模式。在Landau级别填充NU = 1/3时,测量值将集中在识别角动量L = -2几何理论预测的手性吸引力上。拟议的许多研究工作将集中在第二个Landau级别的FQHE州,该州寄托着吸引Landau级别的FQHE州5/2和7/3的fqhe国家。在倾斜的磁场中,新兴的nematic阶段及其与批量的FQHE阶段的竞争将通过光学方法进行研究。该奖项反映了NSF的法定任务,并被认为是值得通过基金会的知识分子优点和更广泛的影响来通过评估来支持的。

项目成果

期刊论文数量(1)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(0)
专利数量(0)
Domain Textures in the Fractional Quantum Hall Effect
分数量子霍尔效应中的域纹理
  • DOI:
    10.1103/physrevlett.128.017401
  • 发表时间:
    2022
  • 期刊:
  • 影响因子:
    8.6
  • 作者:
    Liu, Ziyu;Wurstbauer, Ursula;Du, Lingjie;West, Ken W.;Pfeiffer, Loren N.;Manfra, Michael J.;Pinczuk, Aron
  • 通讯作者:
    Pinczuk, Aron
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