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量子点接触中ν=2/3 分数量子霍尔态的半整数电导平台。

Half-Integer Conductance Plateau at the ν=2/3 Fractional Quantum Hall State in a Quantum Point Contact.

机构信息

Department of Physics and Astronomy, Purdue University, West Lafayette, Indiana 47907, USA.

Birck Nanotechnology Center, Purdue University, West Lafayette, Indiana 47907, USA.

出版信息

Phys Rev Lett. 2023 Feb 17;130(7):076205. doi: 10.1103/PhysRevLett.130.076205.

DOI:10.1103/PhysRevLett.130.076205
PMID:36867801
Abstract

The ν=2/3 fractional quantum Hall state is the hole-conjugate state to the primary Laughlin ν=1/3 state. We investigate transmission of edge states through quantum point contacts fabricated on a GaAs/AlGaAs heterostructure designed to have a sharp confining potential. When a small but finite bias is applied, we observe an intermediate conductance plateau with G=0.5(e^{2}/h). This plateau is observed in multiple QPCs, and persists over a significant range of magnetic field, gate voltage, and source-drain bias, making it a robust feature. Using a simple model that considers scattering and equilibration between counterflowing charged edge modes, we find this half-integer quantized plateau to be consistent with full reflection of an inner counterpropagating -1/3 edge mode while the outer integer mode is fully transmitted. In a QPC fabricated on a different heterostructure which has a softer confining potential, we instead observe an intermediate conductance plateau at G=(1/3)(e^{2}/h). These results provide support for a model at ν=2/3 in which the edge transitions from a structure having an inner upstream -1/3 charge mode and outer downstream integer mode to a structure with two downstream 1/3 charge modes when the confining potential is tuned from sharp to soft and disorder prevails.

摘要

ν=2/3 分数量子霍尔态是初级 Laughlin ν=1/3 态的空穴共轭态。我们研究了通过在 GaAs/AlGaAs 异质结构上制造的量子点接触传输边缘态,该异质结构设计具有陡峭的限制势。当施加一个小但有限的偏压时,我们观察到一个中间电导平台,其电导为 G=0.5(e^{2}/h)。这个平台在多个 QPC 中都有观察到,并且在相当大的磁场、栅极电压和源漏偏压范围内持续存在,这使其成为一个稳健的特征。使用一个简单的模型,该模型考虑了反向流动的带电边缘模式之间的散射和平衡,我们发现这个半整数量子化平台与内部反向传播的 -1/3 边缘模式的完全反射一致,而外部整数模式则完全传输。在一个具有较软限制势的不同异质结构上制造的 QPC 中,我们反而观察到中间电导平台,其电导为 G=(1/3)(e^{2}/h)。这些结果为在ν=2/3 时的模型提供了支持,该模型认为边缘状态从具有内部上游 -1/3 电荷模式和外部下游整数模式的结构转变为当限制势从陡峭变为软且无序占主导地位时具有两个下游 1/3 电荷模式的结构。

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