用光来控制“整数”和“分数”陈绝缘体

拓扑结构的光学调控，尤其是在存在电子关联的情况下，是一个具有广泛科技影响的重要课题。扭曲双层碲化钼（tMoTe2）是一种零磁场分数量子陈绝缘体（FCI），会表现出分数量子反常霍尔效应。由于边缘态的手性和陈数的符号由其内在的铁磁极化决定，因此操控铁磁性就能实现对整数量子陈绝缘体（CI）和分数量子陈绝缘体（FCI）状态的控制。本研究通过圆偏振光泵浦，在tMoTe2中实现了对铁磁极化的调控，进而实现了对CI和FCI状态的控制。在低激发功率下，我们通过‘光学训练’按需制备铁磁极化，即在螺旋度选择性光泵浦下，通过电学调控将系统从非铁磁状态转变为所需的铁磁状态。随着激发功率的增加，我们进一步在远低于居里温度的条件下实现了铁磁极化的直接光学切换。光学训练和直接切换在CI和FCI状态附近效果最佳，这归因于光泵浦空穴的能隙增强能谷极化。通过调制光激发的螺旋度，可以动态切换磁化强度。空间分辨测量进一步证明了铁磁畴（以及由此产生的CI或FCI畴）的光学写入。我们的研究实现了对拓扑量子多体系统的精确光学控制，在拓扑自旋电子学、量子存储器以及通过可编程图案化整数和分数量子反常霍尔畴来创建奇异边缘态等方面具有潜在应用。